干勇:高端新材料核心技術全面突破時代即將到來

?????? 來源: 中國鋼鐵新聞網 中國冶金報社 ???????發布時間:2020-12-21


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本報實習記者 趙萍

“國家高質量發展對重大裝備、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、能源技術、交通技術等領域的發展,中國進入到對高端材料核心技術進行突破的關鍵時期。”近日,國家新材料產業發展專家咨詢委員會主任,中國工程院原副院長、院士,中國科協先進材料學會聯合體主席干勇在接受《中國冶金報》記者采訪時表示。

“新材料的研發及工程化應用依賴新原理、新方法、新技術、新工藝,以及新裝備的綜合運用。而顛覆性技術可以催生新材料,加速產業變革。”干勇介紹,近年來,世界主要國家都對新材料革命具體發生的領域和率先突破的技術展開了深入預測和分析,未來可能引發產業巨大變革的顛覆性技術包括量子技術、基因編輯、增材制造技術、可再生能源技術、納米技術等。干勇指出,未來10年~20年,這些顛覆性技術的快速發展會給我國信息、能源、醫療等領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,干勇從國家重大戰略需求依賴的關鍵材料和國家重點需求的關鍵材料兩個方面,詳細介紹了我國新材料技術和產業發展現狀,以及中長期發展重點、實施路徑等。

突破封鎖和高質量發展

需要強大的新材料技術來支撐

“突破封鎖和高質量發展需要強大的新材料技術來支撐。”干勇指出,當前,我國正處于開辟新的經濟增長點、提高環境承載能力的戰略轉型期,為我國新材料大力發展提供了難得的歷史機遇。

他表示,在轉型升級和新型工業化發展的交匯期,我國對新材料的戰略需求特別突出。比如到2030年,建設上千臺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千萬噸;發展高端裝備和基礎零部件用軸承鋼、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;建設海洋資源勘探、開采、儲運及基礎設施對鋼及耐蝕合金的年需求量達到60萬噸等。“而目前,發展新一代信息技術產業、航空裝備業建設等所需的部分高端及大規格新材料依賴進口,自主保障率不及15%。”干勇指出。

“根據戰略性和緊迫性,兼顧國家重大科技任務及相關計劃安排情況,中國工程院聚焦了國家重大戰略需求依賴的關鍵材料,涉及運載工具、國防軍工、能源動力、信息顯示4大戰略領域、20個戰略系統、84項戰略產品。”干勇詳細介紹了運載工具、能源動力、信息顯示3大戰略領域所需的關鍵材料及其需求特點。

在運載工具領域,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類戰略系統需要戰略產品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、柔性輸變電系統5類戰略系統需要戰略產品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:“需優先發展700攝氏度超超臨界電站汽輪機關鍵結構件、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、全新磁動力系統等6個典型裝備或系統。”

在信息顯示領域,激光顯示、印刷顯示、Micro-LED顯示、特種光源4類戰略系統需要戰略產品13項,涉及高效紅外稀土發光材料、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及其關鍵材料。尤其在傳感材料方面,高鐵、飛機、5G通信等的發展對傳感材料提出了更高的要求。他指出,只有不斷發展新型傳感材料,才能滿足傳感器件日益復雜的應用環境的要求。

聚焦國家重點需求關鍵材料發展重點

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鍵材料的發展現狀、需求情況和發展重點。

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品結構低端、自主創新基礎薄弱、部分高端應用領域自主保障能力嚴重不足的現狀。“對此,我們應聚焦先進民用飛機、海洋石油工程等高端裝備的應用需求,攻克高性能輕合金材料設計、冶金質量及組織調控、殘余應力表征及控制,以及產品一致性、穩定性和可靠性控制等關鍵技術。”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。“隨著下游行業快速發展,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品。”干勇指出,與國外先進水平相比,國產碳纖維總體發展水平差距在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展重點包括碳纖維及其復合材料前沿創新技術、系列碳纖維規模化穩定制備技術、國產碳纖維增強復合材料技術、國產碳纖維復合材料應用技術等。

高溫合金是航空發動機、燃氣輪機和重載火箭發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動機中的用量占到40%~60%。隨著國家高質量發展的不斷深入,預計到2030年,我國航空發動機及燃機制造、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、徹底解決粉末高溫合金變形化技術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‘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略支柱產業方面,亟待自主研制我國高端裝備用特種合金及相關部件。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的戰略資源。”干勇表示,除了在軍事、軌道交通、電子電器等領域應用廣泛,稀土新材料在汽車產業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的應用技術上持續發力。

“總的來看,我國需構建促進新材料發展的政策體系,創建材料自主創新體系,堅持材料研發生產和應用的可持續發展、實施知識產權戰略,形成我國新材料產業發展路徑,以全面突破高端新材料核心技術,為社會經濟發展做出更大貢獻。”干勇表示。

 

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