Отраслевая ориентация новых сегментов промышленности материалов Китая

01Характеристики композитов с металлической матрицей

По сравнению с традиционными металлическими материалами ММК обладает более высокими удельной прочностью, удельной жесткостью и износостойкостью; по сравнению с композитными материалами на основе смол, MMC обладает превосходной электро- и теплопроводностью, хорошими высокотемпературными характеристиками и поддается сварке; по сравнению с композитными материалами на основе керамики. По сравнению с другими материалами, MMC обладает характеристиками высокой прочности, высоких ударных характеристик и небольшого коэффициента линейного расширения. Практические ММК должны обладать низкой плотностью и механическими свойствами, сравнимыми с современными конструкционными материалами.

Превосходные свойства композитов с металлической матрицей многогранны. Армирование значительно увеличивает предел текучести и прочность на разрыв MMC. MMC имеет хорошие высокотемпературные свойства, такие как высокое сопротивление ползучести. Это особенно заметно в MMC, армированном длинным волокном. После добавления в металлическую матрицу различного армирования износостойкость материала значительно повышается, а скорость изнашивания можно снизить на порядок. Плотность добавляемой в ММК арматуры невысока, поэтому плотность материала можно значительно снизить. Используя коэффициент линейного расширения керамики и используя его в качестве армирования, его можно использовать для регулировки коэффициента линейного расширения MMC для получения композитных материалов, соответствующих различным материалам.

Характеристики композитов с металлической матрицей связаны не только с составом, морфологией, объемной долей и составом матричного сплава армирующего материала, но также тесно связаны со структурой интерфейса, которая связана с процессом подготовки, процессом обработки поверхности армирования и т. д. В соответствии с различными принципами армирования композиционные материалы с металлической матрицей можно разделить на две категории: армирование непрерывным волокном и армирование прерывистым способом.

1Композиты с металлической матрицей, армированные длинными волокнами

В непрерывно армированных композиционных материалах с металлической матрицей армирующие волокна в основном включают борное волокно, углеродное волокно (графитовое волокно), волокно SiC, волокно Al2O3 и т. д., а матрица в основном включает алюминий, магний, титан, медь, никель и их сплавы. Свойства нескольких типичных непрерывно армированных композиционных материалов с металлической матрицей показаны в Таблице 2. Видно, что свойства композиционных материалов, армированных непрерывным волокном, анизотропны, причем продольное направление значительно превышает поперечное; продольная прочность и модуль композиционных материалов значительно выше, чем у матричного сплава. Кроме того,Многие данные показывают, что сопротивление усталости композитов с металлической матрицей, армированных непрерывным волокном, при растягивающих нагрузках вдоль направления волокон (продольных) лучше, чем у неармированных сплавов с матрицей, так что предел выносливости обычно можно удвоить. Сопротивление ползучести сплавов часто можно значительно улучшить за счет добавления непрерывных волокон. Типичным примером в этом отношении является применение композитов с титановой матрицей, армированных непрерывным волокном карбида кремния, в авиационных турбинных двигателях для компенсации низкого сопротивления ползучести титановых сплавов. За счет добавления волокон низкого расширения существенно снижается коэффициент линейного расширения композиционных материалов. Типичным примером является применение Gr/Mg в опорном стержне антенны космического телескопа Хаббл.который сохраняет стабильность размеров при многократном воздействии солнечного света.

2Композиты с металлической матрицей, армированные короткими волокнами

Эффект армирования коротких волокон находится между эффектом частиц и непрерывных волокон. Поскольку производительность коротких волокон значительно ниже, чем у НК, а их размер значительно больше, чем у НК, армирующий эффект коротких волокон не так хорош, как у НК. Методы получения композитов с металлической матрицей, армированных короткими волокнами, в основном включают порошковую металлургию, пропитку под давлением, экструзионное литье и т. д.

В настоящее время наиболее изученными являются композиты с алюминиевой матрицей, армированные короткими волокнами. Предел прочности на растяжение при комнатной температуре композитов с алюминиевой матрицей, армированных коротким волокном оксида алюминия, существенно не улучшается по сравнению с матричным сплавом (таблица 3), но их степень сохранения прочности при высоких температурах значительно лучше, чем у матрицы, а модуль упругости выше при Комнатная температура и высокая температура. Коэффициент теплового расширения значительно улучшается (Таблица 4), а износостойкость повышается.

Кроме того, композиционный материал на основе цинка, армированный короткими волокнами, полученный методом литья под давлением, обладает очевидным упрочняющим эффектом, а его высокотемпературные механические свойства и износостойкость значительно улучшены. Работоспособность неармированных магниевых сплавов значительно снижается при температуре выше 100–150°С. Добавление армирования позволяет значительно улучшить жаропрочные свойства основного сплава.

3 Композиты с металлической матрицей, армированные усами

В самых ранних экспериментах с металлами, армированными нитевидными кристаллами, использовались нитевидные кристаллы Al2O3, но из-за их высокой стоимости и сложности равномерного распределения нитевидных кристаллов в металлической матрице они не получили быстрого развития. Однако добавление дешевых нитевидных кристаллов SiC значительно улучшило модуль упругости и прочность композиционных материалов, что привело к развитию исследований металлов, армированных нитевидными кристаллами. Матрица, используемая для армирования, в основном представляет собой Al, Mg и их сплавы.

① Композиционный материал с алюминиевой матрицей, армированный усами

The properties of SiCw/Al composite materials are shown in Table 6 and Table 7. The relationship between the strength of SiCw/Al composite materials and SiCw volume fraction is shown in Figure 6. The relationship between the strength, elastic modulus and temperature of SiCw/2024Al composite materials is shown in Figures 7 and 7. Figure 8 . It can be seen that compared with the matrix alloy, the strength and modulus of the composite material are significantly improved, and the high temperature performance is excellent, but the density is slightly increased. The strength of composite materials increases with the increase in the volume fraction of whiskers, and its performance is also closely related to the preparation process methods and parameters.

②Whisker -reinforced magnesium-based composite materials

Свойства композиционных материалов SiCw/Mg показаны в Таблице 8. по сравнению с основным сплавом. Предел прочности, предел текучести и модуль упругости композитных материалов SiCw/Mg значительно улучшены, так что композитные материалы имеют более высокую удельную прочность и удельный модуль.

02Характеристика металломатричных композитов

The performance of metal matrix composite materials depends on the characteristics, content, distribution, etc. of the selected metal or alloy matrix and reinforcement. Through optimized combination, not only can the base metal or alloy have good thermal conductivity, electrical conductivity, harsh environment resistance, impact resistance, fatigue resistance and fracture performance, but also high strength, high stiffness, excellent wear resistance and Lower coefficient of thermal expansion (CTE) . The characteristics of metal matrix composite materials are comprehensively summarized as follows.

1High specific strength and high specific modulus

Due to the addition of appropriate amounts of high-strength, high-modulus, low-density fibers, whiskers, particles and other reinforcements into the metal matrix, the specific strength and specific modulus of the composite material are significantly improved, especially the high-performance continuous fiber - boron Reinforcements such as fiber, carbon (graphite) fiber, and silicon carbide fiber have high strength and modulus. The maximum strength of carbon fiber with a density of only 1.85g/cm3 can reach 7000MPa , which is more than 10 times stronger than aluminum alloy . The modulus of graphite fiber is 230-830GPa . The density of boron fiber is 2.4-2.6g/cm3 , the strength is 2300-8000MPa , and the modulus is 350-450GPa . The density of silicon carbide fiber is 2.5-3.4g/cm3 , the strength is 3000-4500MPa , and the modulus is 350-450GPa . Adding 30%-50% of high-performance fibers as the main carrier of the composite material, the specific strength and specific modulus of the composite material are exponentially higher than those of the matrix alloy. Figure 2 shows a typical comparison of the properties of metal matrix composites and matrix alloys. Components made of high specific strength and high specific modulus composite materials are light in weight, good in rigidity and high in strength. They are ideal structural materials in the fields of aerospace and aviation technology.

2. Small thermal expansion coefficient and good dimensional stability

The reinforcements carbon fiber, silicon carbide fiber, whiskers, particles, boron fibers, etc. used in metal matrix composite materials have both a small thermal expansion coefficient and a high modulus, especially high modulus and ultra-high modulus. Graphite fibers have a negative coefficient of thermal expansion. Adding a considerable amount of reinforcement not only greatly increases the strength and modulus of the material, but also significantly reduces the thermal expansion coefficient. Different thermal expansion coefficients can be obtained by adjusting the content of the reinforcement to meet the requirements of various working conditions. For example, graphite fiber reinforced magnesium-based composite materials, when the volume fraction of graphite fibers reaches 48 %, the thermal expansion coefficient of the composite material is zero, that is, parts made of this composite material do not undergo thermal deformation when the temperature changes, which is very important for Satellite components are particularly important. By selecting different matrix metals and reinforcements and combining them in a certain ratio, a metal matrix composite material with good thermal conductivity, small thermal expansion coefficient and good dimensional stability can be obtained. Figure 3 shows the dimensional stability and specific modulus of some typical metal matrix composites and metallic materials. It can be seen that graphite/magnesium composite materials have the highest dimensional stability and the highest specific modulus.

3Хорошие характеристики при высоких температурах

Поскольку высокотемпературные характеристики металлической матрицы значительно выше, чем у полимеров, армирующие волокна, усы и частицы обладают высокой жаропрочностью и модулем упругости при высоких температурах. Следовательно, композиты с металлической матрицей обладают более высокими жаропрочными свойствами, чем металлическая основа, особенно композиты с металлической матрицей, армированные непрерывным волокном. В композитных материалах волокна играют важную роль. В качестве одной из десяти ключевых областей, предложенных стратегией производственной мощности «Сделано в Китае 2025», индустрия новых материалов берет на себя важные задачи, такие как руководство модернизацией промышленности материалов, поддержка развития стратегического новые отрасли промышленности, обеспечение строительства народного хозяйства и национальной оборонной промышленности.

1. Особенности развития и тенденции зарубежной индустрии новых материалов.

(1) Состояние развития промышленности новых материалов в различных странах.

Уровень развития индустрии новых материалов стал важным показателем экономического и социального развития страны, научно-технического прогресса и мощи национальной обороны. Поэтому страны мира сформулировали соответствующие планы в области новых материалов и стремятся захватить командные высоты индустрии новых материалов.

В настоящее время развитые страны по-прежнему занимают лидирующие позиции в международной индустрии новых материалов. Ведущие мировые компании по производству новых материалов в основном сосредоточены в США, Европе и Японии. Среди них на шесть компаний в Японии, США и Германии приходится более 70% мировых мощностей по производству углеродного волокна. На пять компаний в США приходится более 90% мирового производства 12-дюймовых пластин, а на три японские компании приходится более 90% мирового производства люминесцентных материалов для подсветки ЖК-дисплеев.

Сопутствующие планы развития в области новых материалов в различных странах мира

(2) Тенденции развития промышленности новых материалов в различных странах.

1. Развитие высоких и новых технологий способствует постоянному совершенствованию материалов.

Быстрое развитие высоких и новых технологий ставит новые задачи и требования к ключевым базовым материалам. В то же время модернизация материалов способствует индустриализации достижений высоких технологий.

Например, уровень интеграции и скорость обработки информации микроэлектронных чипов были значительно улучшены, а затраты постоянно снижались, а кремниевые материалы сыграли важную роль; развитие новых отраслей промышленности, таких как производство нитрида галлия и других сложных полупроводниковых материалов, привело к появлению технологий полупроводникового освещения; Световая эффективность светодиодных фонарей привела к появлению освещения. В отрасли произошли революционные изменения; Эффективность преобразования солнечных элементов продолжает улучшаться, что в значительной степени способствовало развитию новой энергетической отрасли. Достигнуты прорывы в технологии обработки высокоэффективных конструкционных материалов, таких как магниевые и титановые сплавы, а затраты постоянно сокращаются.Фокус исследований и приложений расширился от авиационной, аэрокосмической и военной промышленности до гражданских областей с высокой добавленной стоимостью.

2. Экологичность и низкоуглеродистые технологии стали важными тенденциями в разработке новых материалов.

Рост новой энергетической отрасли стимулировал развитие таких отраслей, как производство ветряных турбин, фотоэлектрических модулей, поликремния и ряда отраслей обрабатывающей промышленности и переработки ресурсов, а также способствовал развитию и производству транспортных и терминальных продуктов, таких как интеллектуальные сети и электромобили.

Развитые страны, такие как Европа и США, приняли законы, способствующие развитию энергосберегающих зданий и зданий для производства фотоэлектрической энергии. Функциональные материалы развиваются в направлении миниатюризации, многофункциональности, модульной интеграции, интеллекта и т. д. для улучшения характеристик материалов; интеграция нанотехнологий и передовых производственных технологий. Fusion будет производить продукты, которые меньше по размеру, более интегрированы, более интеллектуальны и имеют лучшие функции. Зеленые, низкоуглеродные технологии новых материалов и индустриализация станут основным направлением будущего развития.

3. Транснациональные группы по-прежнему занимают доминирующее положение в индустрии новых материалов.

В настоящее время всемирно известные группы предприятий продолжают расширяться в области новых материалов благодаря своим преимуществам в области технологических исследований и разработок, капиталу и талантам и занимают доминирующее положение в производстве новых материалов с высокой добавленной стоимостью.

Unimin почти монополизирует высококачественную продукцию из кварцевого песка 4N8 и выше на международном рынке; Shin-Etsu, SUMCO, Siltronic, SunEdison и другие компании занимают более 80% международного рынка полупроводниковых кремниевых материалов. Более 90% рынка полуизоляционного арсенида галлия занимают японские компании Hitachi Electric, Sumitomo Electric, Mitsubishi Chemical и немецкая FCM.

Семь компаний, в том числе DuPont, Daikin, Hoechst, 3M, Ausimont, ATO и ICI, владеют 90% мировых мощностей по производству органических фторсодержащих материалов. Технология подготовки подложек из карбида кремния американской компании Cree имеет сильную конкурентоспособность на рынке. Американская компания Lumileds, контролируемая Philips, является мировым лидером в производстве мощных светодиодов белого света. Компании в США, Японии, Германии и других странах владеют 70% светодиодов. Основные патенты на эпитаксиальный рост и подготовку чипов.

Производство углеродного волокна для малых жгутов в основном монополизировано компаниями Toray Fiber Company, Toho Company, японской компанией Mitsubishi и американской компанией Hexel, тогда как на рынке углеродного волокна для крупных жгутов практически доминируют компании Fortafil, Zoltek Company, Aldila. Компания США и Германии. Заняты 4 компаниями SGL. Ведущие мировые компании, такие как Alcoa, Deutsche Aluminium и Alfa Alcoa, доминируют в мире в разработке и производстве высокопрочных и высокопрочных материалов из алюминиевых сплавов. Общий объем производства трех крупнейших производителей титана в США, включая Timet, RMI и Allegen Teledyne, составляет 90% от общего объема переработки титана в США, и они являются крупнейшими мировыми поставщиками титановых материалов авиационного класса.

4. Изменения в моделях исследования и разработки новых материалов оказались в центре внимания.

Начиная с 21-го века, развитые страны постепенно осознали, что традиционные методы исследования материалов, основанные на интуиции, пробах и ошибках, больше не могут идти в ногу с темпами быстрого промышленного развития и могут даже стать узким местом, ограничивающим технологический прогресс. Поэтому существует острая необходимость в инновациях методов исследования и разработки материалов и ускорении процесса исследований и разработок материалов до их применения.

Например, инициатива правительства США «Геном материалов» (MGI) направлена ​​как минимум на удвоение скорости от открытия до применения новых материалов и снижение стоимости как минимум вдвое. Целью компании является развитие высокотехнологичного производства на основе современных материалов и дальнейшее сохранение своего доминирования. Преимущества в основных технологических областях.

(3) Тенденции развития продуктов и технологий

Прорывы в ключевых базовых технологиях новых материалов будут способствовать созданию новых продуктов из материалов, что в конечном итоге приведет к достижению многофункциональности, высокой производительности и интеллектуальной интеграции, тем самым увеличивая добавленную стоимость новых материалов и улучшая их общую конкурентоспособность на рынке.

1. Высококачественные металлические конструкционные материалы.

Новый металл и новые материалы всегда были одними из основных материалов для разработки новых материалов в мире. В будущем искусственные высококачественные медицинские металлические материалы, новые материалы из алюминиевых сплавов, материалы из никель-титановых смарт-сплавов и т. д. станут основным направлением развития высококачественных металлических конструкционных материалов.

Во-первых, поскольку Оксфордский университет в Великобритании обнаружил новый материал с необычайными способностями к расширению под давлением - цианид золота и цинка, новые оптические датчики давления и искусственные мышцы станут одним из важных направлений развития высококачественных металлических конструкционных материалов;

Во-вторых, с реализацией нового плана Канады по разработке новой технологии алюминиевых сплавов в будущем он будет сосредоточен на транспортных средствах, таких как легковые автомобили, грузовики, прицепы, автобусы и поезда, чтобы уменьшить вес транспортных средств и повысить эффективность перевозок. ;

В-третьих, никель-титановый интеллектуальный сплав, разработанный Саарским университетом в Германии, будет широко использоваться в таких областях, как медицинские искусственные органы, особенно в производстве искусственных мышц.

2. Углеродные нанополупроводниковые материалы.

В последние годы углеродные нанополупроводниковые материалы постепенно показали свой потенциал замещения и постепенно переходят к практическому использованию. Первое поколение полупроводниковых кремниевых материалов все еще имеет определенный потенциал развития, превышающий физический предел. Изменяя структуру материалов и устройств, таких как технология кремния на изоляторе, технология многозатворных транзисторов и технология трехмерных ИС, полупроводники на основе кремния все еще могут развиваться в определенной степени. поддерживать развитие закона Мура.

Кроме того, 22-нм техпроцесс, основанный на технологии многозатворных транзисторов, вступил в стадию массового производства, а продукты 14-нм техпроцесса на основе кремния также вступили в массовое производство.

3. Полупроводниковые полупроводниковые материалы III-V второго поколения.

В настоящее время он широко используется в области высокочастотных транзисторов, но все еще находится в процессе исследований в качестве материала для транзисторов логических схем. Фактическое использование полупроводников III-V в интегральных схемах может быть реализовано в период с 2015 по 2018 год.

Полупроводники третьего поколения, такие как карбид кремния и нитрид галлия, постепенно стали коммерциализироваться в области силовых полупроводниковых приборов. Однако силовые устройства из карбида кремния в настоящее время стоят дороже, и их производительность требует дальнейшей оптимизации.

4. Графеновый материал

Он широко применяется и исследуется в области электронных устройств, фотонных технологий, энергетики, композитных материалов и других областях. НОВОСЕЛОВ, учёный, получивший Нобелевскую премию за получение графена, возглавил группу учёных, чтобы спрогнозировать перспективы применения графена в 2012 году и наметил дорожную карту его дальнейшего развития. Он считал, что электронные и фотонные применения графена достигнут 2015 года. Реализация, в то время как некоторые приложения не будут реализованы до 2025-2030 годов.

Однако в процессе разработки такие проблемы, как ширина запрещенной зоны и контактное сопротивление, а также подготовка высококачественного и недорогого графена по-прежнему остаются огромными проблемами.

5. Умные материалы

В основном относится к электронным информационным материалам и оптоэлектронным материалам. Исследования «умных» материалов фундаментально изменили некоторые текущие инженерные проблемы и концепции испытаний на безопасность и надежность и могут даже привести к эпохальным технологическим инновациям.

Исследования умных материалов позволили добиться многих важных успехов. «Умные» материалы и связанные с ними структурные системы, созданные путем интеграции электронной керамики с сенсорными, исполнительными и другими функциями, применяются в роскошных автомобилях и бытовой технике.

2. Особенности развития и тенденции отечественной индустрии новых материалов.

(1) Обзор промышленного развития

1. Быстрый рост в промышленных масштабах

Новая система промышленности материалов в моей стране изначально сформировалась, и ситуация с ее развитием хорошая. Благодаря обнародованию стратегических планов национального уровня, таких как «Тринадцатый пятилетний план развития национальных стратегических развивающихся отраслей» и «Тринадцатый пятилетний план развития промышленности новых материалов», была создана хорошая политическая среда. создан для развития индустрии новых материалов.

В настоящее время масштабы промышленности новых материалов в моей стране составляют около 2 триллионов юаней. Промышленность новых материалов имеет хорошую основу в традиционных областях, таких как производство металлических материалов, текстильных материалов и химических материалов. Производственные мощности редкоземельных функциональных материалов, современных материалов для хранения энергии, фотоэлектрических материалов, органического кремния, сверхтвердых материалов, специальной нержавеющей стали, стекловолокна и его композитных материалов входят в число лучших. В авангарде мира.

Индустрия полупроводникового освещения сформировала относительно полную научно-исследовательскую и промышленную систему, начиная с выращивания эпитаксиальных материалов и производства чипов, упаковки устройств на промежуточном этапе и заканчивая интегрированными приложениями на последующих этапах, с отраслевым масштабом более 500 миллиардов юаней. Объем производства энергосберегающих стеклянных материалов достигает 30 миллиардов юаней; производство редкоземельных функциональных материалов составляет около 80% мировой доли; Промышленные масштабы производства основных функциональных керамических компонентов выросли до 25 миллиардов юаней.

2. Существенные прорывы в ключевых технологиях

Благодаря сочетанию промышленности, научных кругов и исследований технические показатели многих важных новых материалов были значительно улучшены, а результаты исследований получили распространение и применение. Кремниевые материалы большого диаметра постоянно совершенствуются с точки зрения технологий контроля таких дефектов, геометрических параметров, частиц и примесей. Кремниевые материалы толщиной 300 мм могут удовлетворить требования интегральных схем технологического узла 45 нм, а монокристаллы кремния диаметром 450 мм были успешно получены.

После многих лет разработки искусственных кристаллических материалов исследования ультрафиолетовых нелинейно-оптических кристаллов, таких как метаборат бария и триборат лития, достигли международного уровня и стали коммерциализированы; Ключевые технические показатели лазерных кристаллов и солнечных элементов достигли передового международного уровня, а стоимость производства фотоэлектрической энергии упала до 1 юаня/кВтч) или меньше.

Материалы положительных и отрицательных электродов и электролиты литий-ионных батарей соответствуют требованиям, предъявляемым к небольшим батареям. Ключевые материалы, такие как сепараторы и литиевые соли электролитов, замещаются импортом; полиэтиленовое волокно сверхвысокой молекулярной массы значительно сократило разрыв с развитыми странами. Углеродное волокно марки Т300 достигло стабильного производства, а производственная мощность одной линии увеличилась до 1200 тонн; Углеродное волокно марок Т700 и Т800 достигло возможности серийной поставки и начало использоваться в аэрокосмическом оборудовании; разработала технологию литья медных полос и медных труб с независимыми правами интеллектуальной собственности, а также технологию изготовления медно-алюминиевых композитов; подводные трубопроводы стали Х65, Х70, .

Постоянные прорывы в ключевых технологиях и растущее разнообразие новых материалов значительно расширили возможности моей страны по поддержке высококачественных металлических конструкционных материалов, новых неорганических неметаллических материалов и высокоэффективных композитных материалов, а также уровня самодостаточности современных полимеров. материалов и специальных металлических функциональных материалов постепенно увеличивается.

3. Тенденция региональной агломерации очевидна.

Активно продвигать строительство новых баз материальной промышленности, усиливать интеграцию ресурсов, постепенно проявляются региональные особенности, региональная агломерация очевидна, и изначально формируется пространственная модель «агломерации на восточном побережье и характерного развития в центральных и западных регионах». В дельте реки Янцзы сформировался новый кластер промышленности материалов, охватывающий аэрокосмическую, новую энергетику, электронную информацию, новую химическую промышленность и другие области.

Промышленность новых материалов в дельте Жемчужной реки имеет высокую концентрацию и сформировала относительно полную производственную цепочку с сильными преимуществами в области электронных информационных материалов, модифицированных конструкционных пластмасс и керамических материалов. Регион Бохай играет очевидную роль в продвижении технологических инноваций и имеет большие преимущества во многих областях, таких как функциональные материалы редкоземельных элементов, мембранные материалы, кремниевые материалы, высокотехнологичная керамика, магнитные материалы и специальные волокна.

Новые редкоземельные материалы Внутренней Монголии, новые материалы из редких и драгоценных металлов Юньнань-Гуйчжоу, новые материалы из цветных металлов Гуанси, материалы с постоянными магнитами Нинбо NdFeB, новые химические материалы в Гуанчжоу, Тяньцзине, Циндао и других местах, Чунцине, Сиане, Ганьсу Цзиньчан, Хунань Чанчжутан Аэрокосмические материалы, энергетические материалы и материалы для основного оборудования в Шэньси, Баоцзи, Шаньдуне Вэйхай и Тайюань, а также промышленность поликремниевых материалов в Сюйчжоу, Цзянсу, Лояне, Хэнани, Ляньюньгане, Цзянсу и т. д. также сформировали свои собственные региональные особенности.

Агломерация новых производств материалов в районе дельты реки Янцзы.

4. Вспомогательная роль становится все более очевидной

Роль новых материалов в поддержке крупных демонстрационных проектов применения становится все более очевидной, обеспечивая важную техническую поддержку для развития энергетики, ресурсов, окружающей среды и информации в моей стране. Это важная гарантия строительства крупных объектов, укрепления национальной оборонной и военной промышленности.

Правительства всех уровней организовали и реализовали крупные демонстрационные проекты приложений, такие как энергосберегающие продукты на благо людей, «Десять городов, десять тысяч огней», «Золотое солнце» и «Интернет вещей». Ожидается, что к 2030 году рынок новых энергетических транспортных средств в моей стране достигнет 15 миллионов автомобилей. Мембранные материалы были применены при опреснении морской воды, и изначально были сформированы производственные мощности по опреснению морской воды обратным осмосом, которые стали важной частью системы безопасности водоснабжения в прибрежных районах моей страны.

Высокоэффективные конструкционные материалы, представленные новыми цветными конструкционными материалами, жаропрочными сплавами, углеродными волокнами и их композиционными материалами, используются в крупных проектах, таких как высокоскоростные железные дороги, большая авиация, пилотируемые полеты в космос, освоение Луны, сверхвысокоскоростные технологии. передача электроэнергии под напряжением и глубоководная разработка нефти и газа. Способствовал плавному внедрению.

(2) Тенденции развития отрасли

Трансформация и модернизация компаний, производящих традиционные материалы, ускоряются. Среди компаний, производящих материалы в моей стране, 80-90% являются традиционными компаниями по производству металлов и химических материалов. Эти два типа компаний имеют наибольшую долю рынка и являются ведущими силами в индустрии материалов. В ближайшие 10 лет снижение рыночного спроса на обычную продукцию и спрос на высококачественную продукцию заставит эти два типа компаний, занимающихся традиционными материалами, ускорить технологическую модернизацию и трансформацию, а скорость их трансформации и модернизации будет значительно ускорена.

Среди них направлением развития преобразования и модернизации предприятий металлических материалов является энергичная разработка специальных металлических материалов, таких как металлы высокой чистоты и аморфные сплавы, а также высококачественных специальных материалов, которые могут быть использованы в атомной энергетике, ультра- сверхкритическая тепловая энергетика, океаностроение, автомобилестроение и железнодорожный транспорт. Сталь; Направления развития компаний по преобразованию и модернизации химических материалов - это в основном синтетический каучук, конструкционные пластмассы, силиконовые материалы и фторсодержащие материалы.

1. Постепенно развиваться в направлении высококачественных, здоровых и экологически чистых направлений.

Ожидается, что в ближайшие десять лет новые отрасли промышленности, такие как высокотехнологичное оборудование, автомобилестроение, электронная информация, новая энергетика, энергосбережение и защита окружающей среды, новые здания, биомедицина, интеллектуальные сети и 3D-печать, сохранят тенденции быстрого развития. Таким образом, высококачественные материалы, которые способствуют развитию новых отраслей промышленности, являются основным направлением развития индустрии новых материалов в моей стране в будущем, в основном включая высококачественную специальную сталь, высокопрочные легкие сплавы, высокопроизводительные волокна и композиты. материалы, авиационные керамические материалы и металлические порошки для 3D-печати авиационного класса. Материалы и т. д.

Кроме того, по мере роста требований людей к здоровью и защите окружающей среды растет спрос на экологически чистые и полезные для здоровья материалы, такие как биомедицинские материалы, экологически чистые и экологически чистые материалы, новые строительные материалы и высокоэффективные мембранные материалы.

2. Ожидается, что новые материалы в сфере электронной информации и литиевых батарей ускорят рост.

С развитием индустрии информационных технологий нового поколения исследования, разработки и производство электронных информационных материалов становятся важным направлением будущего развития. Монокристаллический кремний электронного класса с низким уровнем дефектов размером 12 дюймов и выше, ультратонкий кремний на изоляторе (SOI) размером 8 дюймов и выше, полупроводники и устройства с широкой запрещенной зоной, а также органические светоизлучающие материалы и устройства AMOLED, крупногабаритные заготовки оптического волокна, оптические пленки и специальные газы для интегральных схем постепенно найдут промышленное применение, а некоторые продукты постепенно заменят импорт.

Что касается материалов для литиевых батарей, компании по производству катодных материалов, анодных материалов, проводящих паст и сепараторов аккумуляторов постоянно появляются, а основные технологии постепенно успешно разрабатываются и внедряются в индустриализацию с огромным потенциалом развития. Ожидается, что в течение периода «тринадцатой пятилетки» две области электронной информации и новых материалов для индустрии литиевых батарей достигнут ускоренного роста.

3. Новые высокопрочные легкие сплавы могут использоваться в больших масштабах.

Высокопроизводительные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы все чаще используются в аэрокосмической, военной, автомобильной, энергетической и других областях. Особенно с развитием автомобильной промышленности применение высокопроизводительных сплавов в транспортных средствах быстро растет. Его рыночный спрос растет.

Благодаря высокотехнологичному и интеллектуальному развитию силового оборудования технологии и продукция из алюминиевых сплавов постепенно стали хорошо известны и приняты рынком. Благодаря своим эксплуатационным преимуществам материалы из алюминиевых сплавов будут все более широко использоваться в энергетике. Тенденция «замены меди на алюминий». Сопутствующие изделия также постепенно используются в проводах и кабелях, трансформаторах, автомобильных теплообменниках, радиаторах кондиционеров и т. д., и их будущее развитие не ограничено.

(3) Тенденции развития продуктов и технологий

Благодаря прорыву в технологии новых материалов в моей стране новые материалы стали в значительной степени интеллектуальными, многофункциональными, экологически чистыми, композитными, недорогими, долговечными и персонализированными. Эти продукты ускорят революционный прогресс информационной индустрии и биотехнологий, а также могут оказать важное влияние на производство, сферу услуг и образ жизни людей.

В то же время разработка и применение новых материалов более тесно связаны между собой. В соответствии с потребностями рынка новых материалов следует ускорить разработку новых материалов, улучшить характеристики материалов, а новые материалы можно быстро внедрить в практическое применение и сократить «потери производительности» материалов. Тенденциями в разработке новых материалов являются уделение внимания военно-гражданской интеграции и изучение рынка продукции двойного назначения. Радиочастотные энергоэффективные и мощные устройства нового поколения на основе карбида кремния с широкой запрещенной зоной и нитрида галлия скоро станут высокотехнологичными электронными продуктами с потенциалом для военной и гражданской интеграции.

1. Электронные функциональные материалы.

Со времени «Двенадцатой пятилетки» новое поколение электронных функциональных материалов в моей стране приступило к разработке монокристаллического кремния электронного класса размером 12 дюймов и выше с низким уровнем дефектов, ультратонкого кремния на изоляторе размером 8 дюймов и выше. (SOI), широкозонные полупроводники и устройства в зависимости от рыночного спроса. , а также индустриализация и демонстрация применения органических светоизлучающих материалов и устройств AMOLED, индустриализация полупроводниковых материалов и устройств из теллурида кадмия-цинка для обнаружения лучей высокой энергии, а также постепенное внедрение крупномасштабного применения кристаллов теллурида кадмия-цинка. в промышленных компьютерных томографах и специальных детекторах.

2. Поверхностно-функциональные (нано) материалы.

Нанотехнологии являются одной из важных базовых технологий в индустрии материалов XXI века. В настоящее время моя страна уже имеет значительный фундамент в наноиндустрии. Следующие 10 лет станут золотым периодом для развития и применения нанотехнологий, особенно в таких важных отраслях, как оптоэлектроника, литиевые батареи, охрана окружающей среды и строительство, где вероятны прорывы.

Разработка наноматериалов сосредоточена на наноуглеродных материалах (таких как углеродные нанотрубки, нанометровые квантовые точки), наноэнергетических материалах, полупроводниковых материалах третьего поколения, таких как нитрид галлия, нанометаллических материалах, таких как наносеребро и нанооксид алюминия, нанофункциональных композиционных материалах, а также нанобиомедицинских материалах и других областях. .

3. Функциональные стеклянные материалы.

С развитием индустрии информационных технологий нового поколения исследования, разработки и производство функциональных стеклянных материалов стали важным направлением исследований новых материалов. В настоящее время моя страна добилась прорыва в производстве новых материалов для ультратонких стеклянных подложек TFT-дисплеев, высокоэффективных материалов для заготовок оптического волокна, высокопроизводительных специальных оптических волокон, высокопроизводительного недорогого графенового порошка и высокоэффективных пленочных материалов, а также приступила к разработке новых, продвинутых дисплеев. Существуют демонстрационные приложения в области аккумуляторов и других областях.

4. Усовершенствованные углеродные материалы

Промышленность передовых углеродных материалов в основном включает углеродное волокно, графен, графитовые анодные материалы, углеродные нанотрубки и т. д. Что касается углеродного волокна, ожидается, что в ближайшие 3-5 лет отечественное углеродное волокно T700 станет недорогим. , стабильное производство и широкомасштабное рыночное применение, а T800, как ожидается, также начнет использоваться в отечественном высококачественном оборудовании.

Что касается графена, его применение в ветрозащитных покрытиях и сенсорных экранах мобильных телефонов также неуклонно развивается, производственные мощности продолжают расширяться, и вот-вот произойдет взрывной рост. С быстрым развитием индустрии литиевых батарей применение графитовых анодных материалов и проводящих суспензий углеродных нанотрубок в индустрии литиевых батарей также будет быстро расти.

5. Высококачественные металлические материалы.

С постепенным развитием индустрии высококачественного оборудования материалы, необходимые для морского инженерного оборудования в моей стране, постепенно привлекли внимание, и мы начали разрабатывать и производить высокопрочную конструкционную сталь с толщиной стального листа более 180 мм, устойчивой к коррозии. прочная сталь для грузовых танков крупных нефтяных танкеров, толстостенная трубопроводная сталь для глубоководной транспортировки нефти и газа, бурильные трубы из высокопроизводительных алюминиевых сплавов и обсадные стали, а также материалы из титановых сплавов марок ТА2 и ТС4, которые срочно необходимые для сверхглубоких скважин и низкотемпературной добычи полезных ископаемых, были продемонстрированы и использованы на судах и морском инженерном оборудовании.

6. Экологичные материалы.

С ростом процветания отрасли энергосбережения и защиты окружающей среды экологические и экологические материалы, представленные новыми материалами для контроля загрязнения воздуха, стали ключевыми материалами для отрасли энергосбережения и защиты окружающей среды. Наша страна постепенно добилась определенных успехов в разработке новых материалов для борьбы с загрязнением воздуха. Начата разработка и производство промышленных высокоэффективных фильтрующих материалов PM2,5, высокоэффективных денитрационных материалов, материалов для удаления NOx из дымовых газов и т. д.

Кроме того, в «Методических указаниях по развитию ключевых общих технологий в промышленности (2017 г.)», изданных Министерством промышленности и информационных технологий, четко указано, что должна быть разработана технология глубокой переработки минеральных функциональных материалов для очистки промышленных сточных вод, включая модификацию и преобразование. технология минеральных функциональных материалов, таких как бентонит; Увеличение технологий, таких как удельная поверхность минеральных функциональных материалов и регулировка поверхностного заряда; Технология применения минеральных функциональных материалов при очистке промышленных сточных вод. Несущая роль. Прочность волокна в основном не снижается при высоких температурах и может поддерживаться близкой к температуре плавления металла, а его высокотемпературные характеристики значительно выше, чем у металлической матрицы. Например,жаропрочный сплав, армированный вольфрамовой проволокой, имеет предел прочности при высоких температурах 207 МПа при 1100°C и 100 ч, в то время как предел прочности основного сплава при высоких температурах составляет всего 48 МПа; Другим примером являются композитные материалы на основе алюминия, армированные графитовым волокном, которые по-прежнему имеют жаропрочность 600 МПа при высокой температуре 500 ° C. , а прочность алюминиевой матрицы упала ниже 100 МПа при 300°С. Поэтому композиционные материалы с металлической матрицей используются в высокотемпературных деталях, таких как двигатели, что может значительно улучшить производительность и эффективность двигателя. Короче говоря, детали, изготовленные из композиционных материалов с металлической матрицей, могут использоваться в условиях более высоких температур, чем детали из металлических материалов и композитных материалов с полимерной матрицей.