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加碼新材料:鋰電新能源等新興產業的必備材料

2014年10月08日 13:39 5003次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿

  新材料發展有了新機遇。工業和信息化部(下稱工信部)知情人士透露,工信部擬對新材料采取重大專項的扶持方式,建立新材料風險補償機制,完善財稅、金融、保險等綜合配套政策。其中,碳纖維、稀土、耐高溫金屬材料,有望獲得國家的重點政策支持。
  對新材料的政策傾斜并非我國特有。近年來各國競相發展新材料占領制高點,多個國家制定了推動本國、本地區的新材料技術和產業發展計劃,在資金上給予大力支持。
  資料顯示,世界材料產業的產值以每年約30%的速度增長,微電子、光電子、新能源等是研究最活躍、發展最快、應用前景最為投資者所看好的新材料領域。
  目前,在我國產業結構升級、促進戰略性新興產業發展和國防軍工飛躍的背景下,各行業對新材料的突破和應用致使我國對新材料有著旺盛且急切的需求,國家對發展新材料的扶持政策加碼是必然選擇。
  未來,新材料產業或將被定性為“國民經濟的先導產業”,國家也將在經費投入、規劃制定、產業政策和成果轉化等方面給予支持,新材料投資也必將迎來新的機遇。
  在此背景下,我們特別選出新材料領域近年來最熱門的特種金屬功能材料,對其發展現狀和未來趨勢進行研究,以饗讀者。
  新興產業的必備材料
  特種金屬功能材料是指具有獨特的聲、光、電、熱、磁等性能的金屬材料。《新材料產業“十二五”發展規劃》將我國新材料分成6大領域,其中特種金屬功能材料就是新材料產業體系的重要組成部分。
  近年來被各國爭相發展的新能源汽車、風力發電機、LED照明、核電等領域的生產或者使用過程中,特種金屬材料也被屢屢提及。從用途上看,特種金屬功能新材料可以被廣泛應用于機械裝備、汽車、航空航天、海洋工程、家電、船舶、電子、化工、醫學等多個領域,其發展水平直接影響整個國家經濟的發展。
  不僅如此,特種金屬功能新材料也是軍用飛機、坦克、軍用電子等眾多軍工產品生產所需的關鍵材料,與國家安全密不可分。因此,無論是從國民經濟的發展方面還是國家安全的保障方面考慮,特種金屬功能材料的發展都具有重要的戰略意義。
  根據《新材料產業“十二五”發展規劃》,特種金屬功能新材料又被細分為稀土功能材料、稀有金屬材料、半導體材料及其他功能合金材料四大類。
  先說特種金屬功能新材料的第一大類——稀土功能材料。稀土功能材料包括磁性材料、發光材料、催化材料、儲氫材料等。基于稀土資源的優勢地位,我國稀土功能材料發展迅速,稀土永磁材料、發光材料、儲氫材料、拋光材料等均占世界產量的70%以上。
  其中,稀土磁體材料產量增長最為迅速,2012年我國稀土永磁材料產量達8.96萬噸,較2008年增長81.7%。稀土發光材料目前已形成節能燈用稀土發光材料、顯示器用稀土發光材料和特種光源用稀土發光材料三大主流產品,隨著全球節能照明和消費電子的快速發展,發光材料新技術、新產品不斷涌現。
  稀土催化材料則隨著汽車尾氣排放標準的不斷提升,尾氣凈化器產量不斷增長而快速增長。2012年用于尾氣凈化器的稀土催化材料比2008年增長了62.6%。
  此外,由于中國儲氫合金生產技術尚未成熟,稀土儲氫材料的發展相對緩慢,近年來產量并未有明顯增長,反而在稀土價格上漲后呈現明顯的下滑。
  總體來看,盡管近幾年我國稀土功能材料取得了較大發展,但產品質量相對低下,技術水平仍待提高。如稀土磁體材料領域,我國高性能稀土磁體材料全球市場份額不足10%;高端熒光粉領域,中國白光LED熒光粉占全球比重不足10%,CCFL熒光粉僅有小批量生產,PDP熒光粉市場尚屬空白。
  特種金屬功能材料的第二大類是稀有金屬功能材料,它主要包括鎢鉬材料、鉭鈮材料、稀貴金屬材料及核級稀有金屬材料。
  其中,近年來發展最快的是鎢鉬材料,但與世界先進水平相比,我國鎢鉬加工產業還存在著相當大的差距,大部分企業裝備仍較為粗糙、落后。
  鉭鈮材料也是近年發展較快的稀有金屬功能材料。我國已具備了鉭金屬及合金制品、鈮金屬及合金制品的生產能力,并成為鉭鈮材料生產大國,擁有寧夏東方鉭業股份有限公司、九江有色金屬冶煉有限公司、肇慶多羅山藍寶石稀有金屬有限公司等世界著名企業。2012年,我國電容器用鉭粉占世界總產量的比重為25%,電容器用鉭絲產量占世界總產量60%以上。但總體來看,目前我國鉭鈮冶煉加工企業工業產品高端品種偏少、技術含量不高,與國際先進水平相比,企業規模、生產技術以及科技研發水平均存在一定差距。
  加快推進核級稀有金屬材料國產化是當前的主要任務。鋯合金是重要的核電機組堆芯結構材料,但我國現役核電機組堆芯結構使用的絕大部分鋯合金材料仍然需要進口。同樣,核工業中銀銦鎘材料受限于我國熔煉、熱處理、精整和成型技術和設備制約,目前也大多采用進口。
  特種金屬功能新材料的第三大類是半導體材料,它主要包括半導體硅材料、新型半導體材料及薄膜光伏材料。
  近幾年我國硅材料產業發展迅速,但半導體硅材料發展十分緩慢。2009-2012年我國半導體用多晶硅的產量年均增速不足10%。雖然目前我國半導體硅材料擁有一定的生產能力,但仍與國際先進水平存在較大差距。如我國半導體硅材料只能滿足國內對4-6英寸硅外延片和4-6英寸重摻硅外延襯底片的需求,滿足國內企業對高阻拋光硅片的部分需求,但國內所需的8英寸及12英寸硅拋光片仍有大部分需要進口。
  雖然我國十分重視新型半導體材料產業發展,但由于我國研發基礎較為薄弱,具有自主知識產權的創新成果較少,產業發展緩慢。我國已經具備了藍寶石、砷化鎵等新型半導體材料的生產能力,但大多數企業自主研發能力較差,低端產品較多,產品的性能指標與國外存在較大差距。目前,國內所需的高端新型半導體材料仍需進口。
  除上述三類外的高性能靶材、先進儲能材料、新型銅合金、硬質合金材料等都被劃分為特種金屬功能新材料的第四大類——其他功能合金材料,在產業發展方面也存在迫切需求。
  存在的問題
  近幾年我國特種金屬功能新材料的發展取得了一定成績,如稀土永磁材料生產規模不斷增大,硬質合金產業空間布局不斷優化,難冶鎢資源深度開發應用關鍵技術獲得突破,科力遠、中科三環等骨干企業迅速成長。但是,我國特種金屬功能材料發展與國外先進發達國家相比還存在較大差距,產業發展也存在一些問題。主要表現在:
  第一,部分關鍵材料依賴進口。
  有些材料仍然停留在實驗室技術研發階段,國內尚未實現產業化,完全依賴進口,如超高純度金屬的濺射靶材、高純度多晶硅等;而有些則是國內擁有生產能力,但產量、性能和質量不能滿足要求,如平板顯示器所需要的基板玻璃、液晶材料、光學元件等關鍵材料大部分仍依賴進口。
  第二,自主創新能力不強。
  長期以來,以跟蹤模仿為主、自主創新能力薄弱成為制約當前新材料發展的重要問題。以“硅材料提純-硅晶片生產-電池片生產-組件封裝”的光伏產業鏈為例,其產業鏈上游的高純度硅料生產技術含量高,附加值高,但由于我國多晶硅提純技術缺失,我國光伏企業的主要業務集中于低附加值的“電池片生產”和“組件封裝”,我國光伏產業處于有規模無技術的局面。
  第三 ,研發投入不足是制約我國新材料產業發展的現實問題,主要表現在三個方面:一是研發人才的投入不足。新材料產業缺乏高層次的工程技術人員和管理人才,尤其是缺乏創新型領軍人物以及復合型、外向型人才。而且,吸引高層次人才的機制環境仍需改善。
  二是研發資金投入不足。以我國硬質合金領域為例,其技術研發費用占銷售收入的比重不足3%,比高新技術型企業5%的比例低兩個百分點。
  三是技術創新所用的試驗設備、儀器等物品特別是專用設備的投入力度仍待加強,如高溫測試儀、超聲檢測儀、氧氮分析儀、掃描電子顯微鏡等專用設備價格昂貴,投入嚴重不足。
  第四,產學研用體系仍待完善。雖然目前我國政府積極組織搭建服務平臺,推動產學研用緊密結合,也取得了一些成績,但產學研用嚴重脫節的問題并沒有實質性改變,特別是特種功能金屬新材料涉及范圍廣泛,更需要產學研用密切結合,才能促進其快速發展。
  第五,特種金屬功能新材料平臺建設有待加強。我國已經建成一批特種功能金屬材料國家和省部級重點實驗室、工程技術中心等研發平臺,建立了一批創新和創業服務平臺,但公共服務平臺仍需進一步完善。如研發平臺所需的研發設備、人員隊伍等配套能力仍待加強;創新服務平臺的數量還遠遠不能滿足需要;公共服務平臺的服務能力有待進一步提高;國家級的共性技術研發平臺和信息共享平臺缺乏等。
  針對上述情況,我們對我國特種功能金屬新材料行業的發展提出如下建議。
  第一,未來還應加強特種金屬功能新材料的重大科研攻關,提高我國特種金屬功能新材料的自身保障能力。對于完全進口的特種功能金屬新材料品種,設立重大攻關項目,對關鍵新材料的生產技術、工藝設備等制約瓶頸進行科研攻關;致力于高品質、高性能產品的研發和技術改進,并積極推進產業規模化發展。
  第二,夯實創新基礎,提升自主創新水平。打造一批產業人才高地,形成一批國內一流的創新團隊;積極落實國家鼓勵企業自主創新的財稅優惠政策,創造良好的創新環境。
  第三,發揮政府職能,促進產學研用一體化發展。發揮政府的組織協調作用,成立重大專項小組,積極吸收高校、科研機構和企業的高層次技術研發人員,從而實現產學研用一體化發展。通過成立重大專項小組,集合研發、生產、下游終端等各個相關環節的精英力量,產學研用緊密結合,共同推進新材料從設計、研發到生產、應用的產業化進程。

責任編輯:淮金

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