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干勇:高端新材料核心技术全面突破时代即将到来

时间:2020-12-24 15:12:12  来源:中国大白菜网注册送38新闻网  作者:

“国家高质量发展对重大装备、重大工程高端装备提出需求,新材料的重要性日益凸显。随着信息技术、能源技术、交通技术等领域的发展,中国进入到对高端材料核心技术进行突破的关键时期。”近日,国家新材料产业发展专家咨询委员会主任,中国工程院原副院长、院士,中国科协先进材料学会联合体主席干勇在接受《中国冶金报》记者采访时表示。

“新材料的研发及工程化应用依赖新原理、新方法、新技术、新工艺,以及新装备的综合运用。而颠覆性技术可以催生新材料,加速产业变革。”干勇介绍,近年来,世界主要国家都对新材料革命具体发生的领域和率先突破的技术展开了深入预测和分析,未来可能引发产业巨大变革的颠覆性技术包括量子技术、基因编辑、增材制造技术、可再生能源技术、纳米技术等。干勇指出,未来10年~20年,这些颠覆性技术的快速发展会给我国信息、能源、医疗等领域带来革命性的影响,同时将催生对量子材料、新一代生物医用材料、新型能源材料、高温超导材料、石墨烯等二维材料、3D打印材料、高熵合金、新型显示材料等新材料的巨大需求。

接着,干勇从国家重大战略需求依赖的关键材料和国家重点需求的关键材料两个方面,详细介绍了我国新材料技术和产业发展现状,以及中长期发展重点、实施路径等。



突破封锁和高质量发展需要强大的新材料技术来支撑


“突破封锁和高质量发展需要强大的新材料技术来支撑。”干勇指出,当前,我国正处于开辟新的经济增长点、提高环境承载能力的战略转型期,为我国新材料大力发展提供了难得的历史机遇。

他表示,在转型升级和新型工业化发展的交汇期,我国对新材料的战略需求特别突出。比如到2030年,建设上千台600摄氏度、700摄氏度超超临界火电机组需要耐热钢和耐热合金达数千万吨;发展高端装备和基础零部件用轴承钢、齿轮钢、模具钢的年需求量分别达到300万吨、200万吨和50万吨;建设海洋资源勘探、开采、储运及基础设施对钢及耐蚀合金的年需求量达到60万吨等。“而目前,发展新一代信息技术产业、航空装备业建设等所需的部分高端及大规格新材料依赖进口,自主保障率不及15%。”干勇指出。

“根据战略性和紧迫性,兼顾国家重大科技任务及相关计划安排情况,中国工程院聚焦了国家重大战略需求依赖的关键材料,涉及运载工具、国防军工、能源动力、信息显示4大战略领域、20个战略系统、84项战略产品。”干勇详细介绍了运载工具、能源动力、信息显示3大战略领域所需的关键材料及其需求特点。

在运载工具领域,重型直升机、新能源汽车、高速列车、远程宽体客机、重型运载火箭5类战略系统需要战略产品24项,涉及高强碳纤维复合材料、高容量稀土储氢合金、高导热镁合金、高耐磨模具钢、高温合金等39种材料。以高铁为例,高铁已经成为中国的名片,但时速350公里高铁的走行部件、制动部件仍部分依赖进口。

在能源动力领域,深海能源钻采平台、超超临界火电机组、重型地面燃气轮机、磁传动动力系统、柔性输变电系统5类战略系统需要战略产品18项,涉及高强无磁不锈钢、高强韧低密度钢、抗疲劳低合金钢等25种。干勇特别指出:“需优先发展700摄氏度超超临界电站汽轮机关键结构件、重型地面燃气轮机、深海能源钻采平台、超大型海上风电、灵活交直流输变电装置、全新磁动力系统等6个典型装备或系统。”

在信息显示领域,激光显示、印刷显示、Micro-LED显示、特种光源4类战略系统需要战略产品13项,涉及高效红外稀土发光材料、稀土闪烁晶体、碳化硅等23种材料。干勇介绍,预计到2030年,我国新型显示材料的年需求量将达到3.5亿平方米,需加快突破下一代显示技术及其关键材料。尤其在传感材料方面,高铁、飞机、5G通信等的发展对传感材料提出了更高的要求。他指出,只有不断发展新型传感材料,才能满足传感器件日益复杂的应用环境的要求。


聚焦国家重点需求关键材料发展重点

干勇从先进有色金属材料、碳纤维及其复合材料、高温合金、高端装备用特种合金、稀土新材料等方面介绍了国家重点需求关键材料的发展现状、需求情况和发展重点。

针对先进有色金属材料,干勇指出,我国在轻合金材料方面存在产品结构低端、自主创新基础薄弱、部分高端应用领域自主保障能力严重不足的现状。“对此,我们应聚焦先进民用飞机、海洋石油工程等高端装备的应用需求,攻克高性能轻合金材料设计、冶金质量及组织调控、残余应力表征及控制,以及产品一致性、稳定性和可靠性控制等关键技术。”在新型钛合金方面,干勇介绍,我国目前已形成高温钛合金(350摄氏度~600摄氏度)等5种合金体系,另有宇航用钛合金、阻燃钛合金、钛基复合材料、低成本钛合金、功能钛合金等5种合金体系正在逐步发展中。

碳纤维及其复合材料是材料革命的排头兵。“随着下游行业快速发展,预计到2030年我国碳纤维需求量约为15万吨,其复合材料约为25万吨,涉及高强、高强中模、高强高模、高强高模高韧系列产品。”干勇指出,与国外先进水平相比,国产碳纤维总体发展水平差距在10年~15年,复合材料落后一代以上。他表示,我国当前碳纤维及其复合材料的发展重点包括碳纤维及其复合材料前沿创新技术、系列碳纤维规模化稳定制备技术、国产碳纤维增强复合材料技术、国产碳纤维复合材料应用技术等。

高温合金是航空发动机、燃气轮机和重载火箭发动机中热端部件不可替代的核心材料。“高温合金在先进航空发动机中的用量占到40%~60%。随着国家高质量发展的不断深入,预计到2030年,我国航空发动机及燃机制造、大修换件对高温合金的年需求量将达到10万余吨。”干勇指出,我国高温合金还需在提高产品成分一致性和组织均匀性、掌握复杂形体空心叶片单晶体生长控制技术、彻底解决粉末高温合金变形化技术的夹杂物困扰等方面下功夫。

“高端装备用特种合金是我国制造业‘空心化’的突出代表。高端耐热合金、耐蚀合金、特种钢/合金及其关键零部件严重依赖进口,受制于人问题突出。”干勇指出。在重大能源、海洋工程和重大交通工程等国家战略支柱产业方面,亟待自主研制我国高端装备用特种合金及相关部件。其中,深海资源的开采高度依赖海工装备,而我国只掌握了海工装备核心技术的20%,制造“心脏”部位的特种合金匮乏,存在高端空白、低端不能用的尴尬局面,亟待建立起深海特种材料体系;高端轴承几乎100%需要引进,且引进量很大,如高铁每年要引进50万套高端轴承。

“稀土是我国具有重大国际话语权的战略资源。”干勇表示,除了在军事、轨道交通、电子电器等领域应用广泛,稀土新材料在汽车产业升级换代上也起着重要的支撑作用。高端汽车中需使用稀土的部件高达100件以上。他指出,未来,我国还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、高能量密度稀土储氢材料、超高纯稀土材料绿色制备及其相应的应用技术上持续发力。

“总的来看,我国需构建促进新材料发展的政策体系,创建材料自主创新体系,坚持材料研发生产和应用的可持续发展、实施知识产权战略,形成我国新材料产业发展路径,以全面突破高端新材料核心技术,为社会经济发展做出更大贡献。”干勇表示。    

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