“國家高質(zhì)量發(fā)展對重大裝備、重大工程高端裝備提出需求，新材料的重要性日益凸顯。隨著信息技術(shù)、能源技術(shù)、交通技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，中國進入到對高端材料核心技術(shù)進行突破的關(guān)鍵時期。”近日，國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任，中國工程院原副院長、院士，中國科協(xié)先進材料學會聯(lián)合體主席干勇在接受《中國冶金報》記者采訪時表示。
“新材料的研發(fā)及工程化應(yīng)用依賴新原理、新方法、新技術(shù)、新工藝，以及新裝備的綜合運用。而顛覆性技術(shù)可以催生新材料，加速產(chǎn)業(yè)變革。”干勇介紹，近年來，世界主要國家都對新材料革命具體發(fā)生的領(lǐng)域和率先突破的技術(shù)展開了深入預測和分析，未來可能引發(fā)產(chǎn)業(yè)巨大變革的顛覆性技術(shù)包括量子技術(shù)、基因編輯、增材制造技術(shù)、可再生能源技術(shù)、納米技術(shù)等。干勇指出，未來10年~20年，這些顛覆性技術(shù)的快速發(fā)展會給我國信息、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域帶來革命性的影響，同時將催生對量子材料、新一代生物醫(yī)用材料、新型能源材料、高溫超導材料、石墨烯等二維材料、3D打印材料、高熵合金、新型顯示材料等新材料的巨大需求。
接著，干勇從國家重大戰(zhàn)略需求依賴的關(guān)鍵材料和國家重點需求的關(guān)鍵材料兩個方面，詳細介紹了我國新材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以及中長期發(fā)展重點、實施路徑等。
突破封鎖和高質(zhì)量發(fā)展
需要強大的新材料技術(shù)來支撐
“突破封鎖和高質(zhì)量發(fā)展需要強大的新材料技術(shù)來支撐。”干勇指出，當前，我國正處于開辟新的經(jīng)濟增長點、提高環(huán)境承載能力的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，為我國新材料大力發(fā)展提供了難得的歷史機遇。
他表示，在轉(zhuǎn)型升級和新型工業(yè)化發(fā)展的交匯期，我國對新材料的戰(zhàn)略需求特別突出。比如到2030年，建設(shè)上千臺600攝氏度、700攝氏度超超臨界火電機組需要耐熱鋼和耐熱合金達數(shù)千萬噸；發(fā)展高端裝備和基礎(chǔ)零部件用軸承鋼、齒輪鋼、模具鋼的年需求量分別達到300萬噸、200萬噸和50萬噸；建設(shè)海洋資源勘探、開采、儲運及基礎(chǔ)設(shè)施對鋼及耐蝕合金的年需求量達到60萬噸等。“而目前，發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、航空裝備業(yè)建設(shè)等所需的部分高端及大規(guī)格新材料依賴進口，自主保障率不及15%。”干勇指出。
“根據(jù)戰(zhàn)略性和緊迫性，兼顧國家重大科技任務(wù)及相關(guān)計劃安排情況，中國工程院聚焦了國家重大戰(zhàn)略需求依賴的關(guān)鍵材料，涉及運載工具、國防軍工、能源動力、信息顯示4大戰(zhàn)略領(lǐng)域、20個戰(zhàn)略系統(tǒng)、84項戰(zhàn)略產(chǎn)品。”干勇詳細介紹了運載工具、能源動力、信息顯示3大戰(zhàn)略領(lǐng)域所需的關(guān)鍵材料及其需求特點。
在運載工具領(lǐng)域，重型直升機、新能源汽車、高速列車、遠程寬體客機、重型運載火箭5類戰(zhàn)略系統(tǒng)需要戰(zhàn)略產(chǎn)品24項，涉及高強碳纖維復合材料、高容量稀土儲氫合金、高導熱鎂合金、高耐磨模具鋼、高溫合金等39種材料。以高鐵為例，高鐵已經(jīng)成為中國的名片，但時速350公里高鐵的走行部件、制動部件仍部分依賴進口。
在能源動力領(lǐng)域，深海能源鉆采平臺、超超臨界火電機組、重型地面燃氣輪機、磁傳動動力系統(tǒng)、柔性輸變電系統(tǒng)5類戰(zhàn)略系統(tǒng)需要戰(zhàn)略產(chǎn)品18項，涉及高強無磁不銹鋼、高強韌低密度鋼、抗疲勞低合金鋼等25種。干勇特別指出：“需優(yōu)先發(fā)展700攝氏度超超臨界電站汽輪機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件、重型地面燃氣輪機、深海能源鉆采平臺、超大型海上風電、靈活交直流輸變電裝置、全新磁動力系統(tǒng)等6個典型裝備或系統(tǒng)。”
在信息顯示領(lǐng)域，激光顯示、印刷顯示、Micro-LED顯示、特種光源4類戰(zhàn)略系統(tǒng)需要戰(zhàn)略產(chǎn)品13項，涉及高效紅外稀土發(fā)光材料、稀土閃爍晶體、碳化硅等23種材料。干勇介紹，預計到2030年，我國新型顯示材料的年需求量將達到3.5億平方米，需加快突破下一代顯示技術(shù)及其關(guān)鍵材料。尤其在傳感材料方面，高鐵、飛機、5G通信等的發(fā)展對傳感材料提出了更高的要求。他指出，只有不斷發(fā)展新型傳感材料，才能滿足傳感器件日益復雜的應(yīng)用環(huán)境的要求。
聚焦國家重點需求關(guān)鍵材料發(fā)展重點
干勇從先進有色金屬材料、碳纖維及其復合材料、高溫合金、高端裝備用特種合金、稀土新材料等方面介紹了國家重點需求關(guān)鍵材料的發(fā)展現(xiàn)狀、需求情況和發(fā)展重點。
針對先進有色金屬材料，干勇指出，我國在輕合金材料方面存在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)低端、自主創(chuàng)新基礎(chǔ)薄弱、部分高端應(yīng)用領(lǐng)域自主保障能力嚴重不足的現(xiàn)狀。“對此，我們應(yīng)聚焦先進民用飛機、海洋石油工程等高端裝備的應(yīng)用需求，攻克高性能輕合金材料設(shè)計、冶金質(zhì)量及組織調(diào)控、殘余應(yīng)力表征及控制，以及產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性和可靠性控制等關(guān)鍵技術(shù)。”在新型鈦合金方面，干勇介紹，我國目前已形成高溫鈦合金（350攝氏度~600攝氏度）等5種合金體系，另有宇航用鈦合金、阻燃鈦合金、鈦基復合材料、低成本鈦合金、功能鈦合金等5種合金體系正在逐步發(fā)展中。
碳纖維及其復合材料是材料革命的排頭兵。“隨著下游行業(yè)快速發(fā)展，預計到2030年我國碳纖維需求量約為15萬噸，其復合材料約為25萬噸，涉及高強、高強中模、高強高模、高強高模高韌系列產(chǎn)品。”干勇指出，與國外先進水平相比，國產(chǎn)碳纖維總體發(fā)展水平差距在10年~15年，復合材料落后一代以上。他表示，我國當前碳纖維及其復合材料的發(fā)展重點包括碳纖維及其復合材料前沿創(chuàng)新技術(shù)、系列碳纖維規(guī)模化穩(wěn)定制備技術(shù)、國產(chǎn)碳纖維增強復合材料技術(shù)、國產(chǎn)碳纖維復合材料應(yīng)用技術(shù)等。
高溫合金是航空發(fā)動機、燃氣輪機和重載火箭發(fā)動機中熱端部件不可替代的核心材料。“高溫合金在先進航空發(fā)動機中的用量占到40%~60%。隨著國家高質(zhì)量發(fā)展的不斷深入，預計到2030年，我國航空發(fā)動機及燃機制造、大修換件對高溫合金的年需求量將達到10萬余噸。”干勇指出，我國高溫合金還需在提高產(chǎn)品成分一致性和組織均勻性、掌握復雜形體空心葉片單晶體生長控制技術(shù)、徹底解決粉末高溫合金變形化技術(shù)的夾雜物困擾等方面下功夫。
“高端裝備用特種合金是我國制造業(yè)‘空心化’的突出代表。高端耐熱合金、耐蝕合金、特種鋼/合金及其關(guān)鍵零部件嚴重依賴進口，受制于人問題突出。”干勇指出。在重大能源、海洋工程和重大交通工程等國家戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)方面，亟待自主研制我國高端裝備用特種合金及相關(guān)部件。其中，深海資源的開采高度依賴海工裝備，而我國只掌握了海工裝備核心技術(shù)的20%，制造“心臟”部位的特種合金匱乏，存在高端空白、低端不能用的尷尬局面，亟待建立起深海特種材料體系；高端軸承幾乎100%需要引進，且引進量很大，如高鐵每年要引進50萬套高端軸承。
“稀土是我國具有重大國際話語權(quán)的戰(zhàn)略資源。”干勇表示，除了在軍事、軌道交通、電子電器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，稀土新材料在汽車產(chǎn)業(yè)升級換代上也起著重要的支撐作用。高端汽車中需使用稀土的部件高達100件以上。他指出，未來，我國還需在高性能稀土磁性材料、高性能稀土光功能材料、新一代稀土催化材料、高能量密度稀土儲氫材料、超高純稀土材料綠色制備及其相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)上持續(xù)發(fā)力。
“總的來看，我國需構(gòu)建促進新材料發(fā)展的政策體系，創(chuàng)建材料自主創(chuàng)新體系，堅持材料研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展、實施知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，形成我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑，以全面突破高端新材料核心技術(shù)，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大貢獻。”干勇表示。
