中国金属学会理事长、中国工程院院士干勇在《制造业强国的三大基础要素—新型信息技术、新材料和技术创新体系》报告中提出,新材料是制造业强国的三大基础要素之一,高端装备占七个领域,高端装备里包括高端数控机床、机器人、航空航天装备、海洋工程和高技术船舶、先进轨道交通、新能源汽车、智能电网、数控机床等。
近期的中美摩擦,封锁中兴通讯除了元器件之外关键是材料,高端材料是重大工程成功的保障,突破封锁和高质量发展需要强大的新材料支撑,据了解到2030年,我国大尺寸的硅片每年要达到40亿平方英寸,第三代半导体先进半导体抛光光片要达到7.5亿片,三代半导体材料外延芯片又需要6亿平方英寸,特别是显示面板每年3.5亿平方米。
另外发展航空大飞机需要高温的合金材料,我国燃煤技术将近8亿千瓦的装机容量,现在600度超超临界的改造只有2亿千瓦,还有大量的改造任务,需要几千万的耐热合金和耐热钢,包括高端轴承、齿轮、液压、模具,包括海洋的各种耐蚀合金,深海开采,包括海水淡化的膜材料,特种塑料在现代制造业核心元器件的应用非常重要,这些红色的字都是美国封锁的重点。
我国新材料用的很多,基础支撑变成13类,选择其中几类作为国家重大科技项目。一是高端装备的特种合金,在海洋装备、高铁、飞机和高档汽车的重大装备里,比如说发电,如果蒸汽温度到600度到700度,每度电的煤耗将从330个标煤降到210克,每年40亿吨煤一半以上在发电,每度电降1克标煤,节能效果就非常好。必须把700度的耐蚀合金、耐热合金攻下来。而且中国虽然晚了20年,但是现在我国在汽轮机大型船只上走在了全世界的前面,包括压水碓核电站的核能材料,包括深海油气的采钻技术各种材料,1400米以下很多材料高端空白、低端不能用,连标准都没有。高磁感能源硅钢,非晶合金,在非金材料上已经有24条线,把日本日立挤出了中国,非晶合金每秒钟要冷却100万度,金属玻璃,每公斤只有0.16瓦的铁水,在配电变压器里可以大量的降低损耗70%以上,是非常好的节能材料。
航空发动机代表一个国家的工业水平,航空发动机的难度难在材料和高温合金上,新一代的涡轮盘制备技术使我国的高温合金性能得到提高。先进的钛合金材料、镁合金、铝合金的应用将更大的节能,而且获得更高的性能。钛合金是一个最好的海洋材料和航空航天材料,性能优良,中国的钛储量全世界第一,我国也开发了很多钛合金,应用没有上去,全国只用了5万吨,徘徊了近15年。这是镁合金,比重只有1.7很轻,所以如果进入汽车,可以大量的减重。
特别是在飞机上,如果用镁合金代替铝合金可以使飞机的减重达到数吨以上,镁合金有一个缺点是高温自燃,但是中国已经解决了这个问题,上海交通大学在镁合金里加入重离子系统,这是中国特有的,是850度镁合金燃烧,美国联邦航空管理局FAA计划年内取消商业飞机用镁的禁令,并且和上海交大谈判,镁合金有望在航空当中应用。
铝加温技术大断面的复杂铝合金型材,中国在技术上取得全面突破,新一代飞机大型整体式结构件,在铝合金上得到提升。先进的轻合金将是重大的中国高端装备应用下一代的高端材料。