制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體,是立國之本、興國之器、強國之基。為了推進(jìn)中國制造歷史性的轉變,國務(wù)院組織編制并于2015年5月8日正式發(fā)布了《中國制造2025》,對我國制造業(yè)轉型升級和跨越發(fā)展作了整體部署。
《中國制造2025》圍繞經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展和國家安全重大需求,選擇十大優(yōu)勢和戰略產(chǎn)業(yè)作為突破點(diǎn),力爭到2025年達到國際領(lǐng)先地位或國際先進(jìn)水平。十大重點(diǎn)領(lǐng)域是:新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節能與新能源汽車(chē)、電力裝備、農業(yè)裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。
材料作為國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的基礎,是支撐國家重大工程建設,促進(jìn)傳統轉型升級,構建國際競爭新優(yōu)勢的重要保障。此前,新材料在線(xiàn)用68頁(yè)PPT詳細介紹了《中國制造2025》新材料領(lǐng)域技術(shù)路線(xiàn)圖,本文將從材料和產(chǎn)業(yè)鏈的角度對《中國制造2025》其它九大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域做詳細介紹。
《中國制造2025》涉及關(guān)鍵材料
一.新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)
1.1新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)《中國制造2025》發(fā)展目標
1.2新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈
1.3新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)涉及的關(guān)鍵材料
二.高檔數控機床和機器人
2.1高檔數控機床和機器人《中國制造2025》發(fā)展目標
2.2高檔數控機床產(chǎn)業(yè)鏈
2.3機器人產(chǎn)業(yè)鏈
2.4高檔數控機床和機器人的關(guān)鍵材料
三.航空航天裝備
3.1 航空航天裝備《中國制造2025》發(fā)展目標
3.2航空航天裝備產(chǎn)業(yè)鏈
3.3航空航天裝備關(guān)鍵材料
四.海洋工程裝備及高技術(shù)船舶
五.先進(jìn)軌道交通裝備
六.節能與新能源汽車(chē)
七.電力裝備
八.農業(yè)裝備
九.生物醫藥及高性能醫療器械
1.1新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)《中國制造2025》發(fā)展目標
圖1-1集成電路及專(zhuān)用設備發(fā)展目標
圖1-2信息通信設備發(fā)展目標
1.2新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈
新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要包括集成電路及專(zhuān)用裝備、信息通信設備、操作系統及工業(yè)軟件、智能制造核心信息設備四個(gè)方面,其中集成電路及分立器件、平板顯示(液晶顯示器件(LCD)、有機發(fā)光顯示器件(OLED))、發(fā)光二極管(LED)是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵性器件。
圖1-5 新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈
1.3新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)涉及的關(guān)鍵材料
新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)涉及到主要材料包括:襯底材料(硅襯底、藍寶石襯底、柔性OLED襯底)、靶材(金屬、TCO靶材)、發(fā)光材料(LED、OLED發(fā)光材料)、平板顯示用玻璃基板、平板顯示用光學(xué)膜材料、封裝材料(引線(xiàn)框架、鍵合絲、基板、塑封、底部填充劑)、液晶材料、電子氣體和源材料、工藝化學(xué)品材料、表面功能薄膜材料等。
藍寶石(英文名稱(chēng)為Sapphire)主要成分是Al2O3,是由三個(gè)氧原子和兩個(gè)鋁原子以共價(jià)鍵的型式結合而成,其晶體結構為六方晶格結構。藍寶石集優(yōu)良光學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能于一身,同時(shí)具有強度高、硬度大、耐沖刷等優(yōu)秀特性。藍寶石可廣泛應用在軍事、航空、電子消費產(chǎn)品等領(lǐng)域,具有廣闊的應用前景,尤其是在電子消費和LED基礎應用領(lǐng)域。
隨著(zhù)藍寶石生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高以及生產(chǎn)成本的持續降低,除了以往LED基礎面板的應用外,藍寶石在近年廣受各產(chǎn)業(yè)的關(guān)注,世界各國無(wú)不看好藍寶石基板商機。
藍寶石基板主要是用在生產(chǎn)LED晶圓上的材料,具有高硬度、高介電系數、高熱導系數等優(yōu)越特性,除了應用在智能手機和穿戴式設備之外,還包括蘋(píng)果、三星、LG等高端智能手機的相機鏡頭保護蓋和主畫(huà)面鍵,藍寶石基板更被市場(chǎng)期待可應用在光學(xué)、航太科技和軍事等領(lǐng)域。
從當前藍寶石材料的應用來(lái)看,LED需求平均一個(gè)月預計消耗200萬(wàn)到300萬(wàn)片的產(chǎn)能,而隨著(zhù)高端手機和平板鏡頭、home鍵應用的普及以及Apple watch的市場(chǎng)導入,藍寶石材料的應用將越發(fā)廣闊。
全球領(lǐng)先的藍寶石行業(yè)研究機構YOLE對藍寶石在LED襯底材料和消費電子的應用作出了綜合分析,預測2019年藍寶石行業(yè)的銷(xiāo)售收入將達到81.85億美元,年均復合增長(cháng)率達57%。
截止2014年1季度,全球藍寶石企業(yè)共計148家,其中,具有實(shí)際制造能力的企業(yè)共計85家。中國藍寶石企業(yè)共計39家(具備晶體材料能力30家,材料加工能力30家,晶片圖形化生產(chǎn)能力14家)。
表1-1 全球藍寶石長(cháng)晶領(lǐng)域主要廠(chǎng)家及生產(chǎn)工藝
公司名稱(chēng) |
國家 |
生產(chǎn)工藝 |
哈爾濱奧瑞德 |
中國 |
KY長(cháng)晶法 |
云南藍晶 |
中國 |
坩堝下降法 |
重慶四聯(lián) |
中國 |
KY/CZ長(cháng)晶法 |
Kyocera |
日本 |
EFG長(cháng)晶法 |
Namiki |
日本 |
EFG長(cháng)晶法 |
Monocrystal |
俄羅斯 |
KY長(cháng)晶法 |
STC |
韓國 |
VHGF長(cháng)晶法 |
Aztec |
韓國 |
KY長(cháng)晶法 |
臺聚光電/越峰 |
臺灣 |
KY長(cháng)晶法 |
鑫晶鉆 |
臺灣 |
KY/HEM長(cháng)晶法 |
佳晶 |
臺灣 |
KY長(cháng)晶法 |
來(lái)源:YOLE,新材料在線(xiàn)
1.3.2濺射靶材
簡(jiǎn)單說(shuō),靶材就是高速荷能粒子轟擊的目標材料。例如:蒸發(fā)磁控濺射鍍膜是加熱蒸發(fā)鍍膜、鋁膜等。更換不同的靶材(如鋁、銅、不銹鋼、鈦、鎳靶等),即可得到不同的膜系(如超硬、耐磨、防腐的合金膜等)。故靶材也叫濺射靶材(純度:99.9%-99.999%)。
靶材主要應用于電子及信息產(chǎn)業(yè),如集成電路、信息存儲、液晶顯示屏、激光存儲器、電子控制器件等;也可應用于玻璃鍍膜領(lǐng)域;還可以應用于耐磨材料、高溫耐蝕、高檔裝飾用品等行業(yè)。
根據BCC Research數據,2013年全球靶材市場(chǎng)規模為30億美元,預計到2018年為32億美元,年復合增長(cháng)率為1.3%。靶材的市場(chǎng)主要集中在亞洲,占了靶材的63%市場(chǎng)份額,其次是美國和歐洲。
據BCC Research統計,2013年靶材主要用在新能源領(lǐng)域、數據存儲、平板顯示和微電子,預計到2018年,靶材在平板顯示的應用領(lǐng)域會(huì )迅速擴大,數據存儲和微電子領(lǐng)域會(huì )縮減。
目前全世界濺射靶材生產(chǎn)廠(chǎng)家主要集中在美國、德國及日本。國內的安泰科技、有研億金、江豐電子、歐萊、株冶、廣西華錫等公司也在生產(chǎn)靶材。
光學(xué)薄膜是指在光學(xué)元件或獨立基板上,制鍍上或涂布一層或多層介電質(zhì)膜或金屬膜或這兩類(lèi)膜的組合,以改變光波之傳遞特性,包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改變。故經(jīng)由適當設計可以調變不同波段元件表面之穿透率及反射率,亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。光學(xué)薄膜的應用始于20世紀30年代,目前已廣泛用于光學(xué)和光電子技術(shù)領(lǐng)域,制造各種光學(xué)儀器。
根據光學(xué)薄膜的產(chǎn)業(yè)鏈,光學(xué)薄膜材料可分為光學(xué)基膜(光學(xué)PET切片、PE/PET膜、PVA膜和TAC膜)、光學(xué)薄膜(背光模組光學(xué)膜、保護膜和光學(xué)膜)、裁切和模組。其中光學(xué)基膜集中度高,其中7大巨頭壟斷全球80%以上產(chǎn)能(三菱樹(shù)脂、東麗、帝人、杜邦、可隆、SKC,東洋紡),而光學(xué)薄膜則相對分散,僅臺灣生產(chǎn)廠(chǎng)家就有接近十家,大陸已實(shí)現量產(chǎn)的廠(chǎng)家有康得新、凱鑫森、激智科技、長(cháng)松科技等,其他亞洲一些規模較大的廠(chǎng)家主要有迎輝、友輝、嘉威、MNTECH、SKC等。裁切和模組附加值最低,僅中國就有幾十家之巨,其中模組廠(chǎng)很多已被下游的面板廠(chǎng)家垂直整合。
2.1高檔數控機床和機器人《中國制造2025》發(fā)展目標
機床是裝備制造業(yè)的工作母機,數控機床的技術(shù)水平代表了一個(gè)國家或一個(gè)地區裝備制造業(yè)的發(fā)展水平。高檔數控機床至今仍是西方發(fā)達國家對我國禁運的戰略物資,一方面數控機床是軍民兩用技術(shù),另一方面發(fā)達國家通過(guò)控制高檔數控機床占據了產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn),保持整個(gè)制造業(yè)的領(lǐng)先地位。大力發(fā)展高檔數控機床是提高我國裝備制造業(yè)水平,縮小和超越與發(fā)達國家制造業(yè)差距的必由之路。
目前,高檔數控機床的主要零部件有1500多種,決定數控機床整機性能的部件有數控系統、刀庫和機械手、數控刀架和轉臺、主軸單元(含電主軸)、滾珠絲杠副和滾動(dòng)導軌副、防護罩和數控刀具等功能部件等,核心功能部件主要包括數控系統、數控銑頭、數控刀架和數控轉臺等。圖2-3為高檔數控機床產(chǎn)業(yè)鏈圖。
高檔數控機床的最主要上游是鋼鐵鑄件、數控系統和功能部件(銑頭、主軸、絲桿等),一般來(lái)說(shuō),鑄件、數控系統和功能部件平均分別占主營(yíng)業(yè)務(wù)成本的17.78%、7.50%和17.23%。
機器人(Robot)是自動(dòng)執行工作的機器裝置。它既可以接受人類(lèi)指揮,又可以運行預先編排的程序,也可以根據以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類(lèi)工作的工作,例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè),或是危險的工作。
按照應用領(lǐng)域,機器人可分為用于汽車(chē)、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等領(lǐng)域的工業(yè)機器人、特種機器人,以及醫療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂(lè )等服務(wù)機器人。圖2-4是機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖,其上游是核心零部件,主要的是減速機、機器人本體、功能部件和控制系統,這相當于機器人的“大腦”和“身體”。
2.4.1敏感材料和傳感器
敏感材料是對光、聲、力、熱、磁、氣體分布等場(chǎng)的微小變化而表現出性能明顯改變的功能材料。敏感元件是傳感器的核心元件,通常將待測參量轉換成電參量。其主要性能指標是靈敏度、量程、分辨率、穩定性、響應/恢復速率等。
目前,傳感器已經(jīng)廣泛應用于智能交通、消費電子、醫療器械、智能家居、工業(yè)控制、航空軍工等領(lǐng)域。
近年來(lái),全球傳感器市場(chǎng)一直保持快速增長(cháng),2009年和2010年增長(cháng)速度達20%以上;2011年受全球經(jīng)濟下滑的影響,傳感器市場(chǎng)增速比2010年下滑5%,市場(chǎng)規模為828億美元。隨著(zhù)全球市場(chǎng)的逐步復蘇,2012年全球傳感器市場(chǎng)規模已達到952億美元,2013年約為年約為1055億美元。
未來(lái),隨著(zhù)經(jīng)濟環(huán)境的持續好轉,市場(chǎng)對傳感器需求將不斷增多,未來(lái)幾年全球傳感器市場(chǎng)將保持20%以上的增長(cháng)速度,2015年市場(chǎng)規模將突破1500億美元。轉眼到國內,國內傳感器市場(chǎng)也持續快速增長(cháng),年均增長(cháng)速度超過(guò)20%,2011年傳感器市場(chǎng)規模為480億元,2012年達到513億元,2013年則超過(guò)640億元。
我國傳感器產(chǎn)業(yè)已由仿制、引進(jìn)逐步走向自主設計創(chuàng )新發(fā)展階段,國內傳感器及芯片廠(chǎng)商快速發(fā)展基本掌握了中低端傳感器研發(fā)的技術(shù),并向高領(lǐng)域拓展,產(chǎn)生了包括華工科技、大立科技、歌爾聲學(xué)、瑞聲聲學(xué)、廣陸數測、漢威電子、航天機電、美新半導體、中航電測、格科微電子、昆侖海岸、青鳥(niǎo)元芯、華潤半導體等一批傳感器龍頭企業(yè),特別是在聲波傳感器等領(lǐng)域有所突破,已開(kāi)始在中高端傳感器上取得一定進(jìn)展。
表2-1國內主要傳感器制造企業(yè)及其涉領(lǐng)域
傳感器企業(yè) |
主營(yíng)傳感器領(lǐng)域 |
高德紅外 |
紅外熱成像儀 |
科陸電子 |
電力傳感器 |
瑞聲聲學(xué) |
MEMS麥克風(fēng) |
華工科技 |
汽車(chē)、家電用溫濕度、雨量傳感器 |
中航電測 |
板式傳感器、不銹鋼傳感器、合金鋼傳感器、鋁傳感器 |
大立科技 |
紅外熱成像儀 |
航天機電 |
汽車(chē)用傳感器 |
歌爾聲學(xué) |
MEMS麥克風(fēng) |
漢威電子 |
氣體傳感器 |
廣陸數測 |
激光位移傳感器 |
美新半導體 |
加速度傳感器 |
格科微電子 |
CMOS圖像傳感器 |
昆侖海岸 |
壓力傳感器、液位傳感器、溫濕度傳感器 |
青鳥(niǎo)元芯 |
MEMS壓力傳感器、加速度傳感器、溫濕度傳感器 |
杭州麥樂(lè )克 |
紅外傳感器 |
華潤半導體 |
光敏傳感器 |
來(lái)源:中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)(2014)
目前,國內傳感器技術(shù)發(fā)展與創(chuàng )新的重點(diǎn)在材料、結構和性能改進(jìn)3個(gè)方面:敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展;結構向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展;性能向檢測量程寬、檢測精度高、抗干擾能力強、性能穩定、壽命長(cháng)久方向發(fā)展。
聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,對傳統傳感技術(shù)又提出了新的要求,產(chǎn)品正逐漸向MEMS技術(shù)、無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜(含SOI,Silicon-On-Insulator,絕緣襯底上的硅)技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復合傳感器技術(shù)、多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。
2.4.2硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金通常被稱(chēng)為碳化鎢合金或者簡(jiǎn)稱(chēng)為碳化鎢,是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結金屬通過(guò)粉末冶金工藝制成的一種合金材料,又稱(chēng)為碳化鎢。由于硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性,被譽(yù)為“工業(yè)牙齒”,可用于制造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件,廣泛應用于軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域,伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,硬質(zhì)合金市場(chǎng)需求不斷加大。并且未來(lái)高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及核能源的快速發(fā)展,將大力提高對高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求。
以2011年為例,全球硬質(zhì)合金產(chǎn)量為6.3萬(wàn)噸,而我國生產(chǎn)的硬質(zhì)合金占全球總量37%;歐洲、美國和日本分別占全球總量27%、16%、11%,如圖2-9。
2013年,我國硬質(zhì)合金全年產(chǎn)量約2.3萬(wàn)噸,市場(chǎng)規模為244億元;預計到2018年,我國硬質(zhì)合金的市場(chǎng)規模達372億元,平均年增長(cháng)率約為9%。
目前,中國有199家硬質(zhì)合金企業(yè),平均年產(chǎn)能176噸,平均年產(chǎn)量?jì)H86噸,年產(chǎn)量在1000噸以上的企業(yè)只有4家,分布為株洲硬質(zhì)合金集團、廈門(mén)金鷺特種合金、自貢硬質(zhì)合金和濟南市冶金科學(xué)研究所。
表2-2中國硬質(zhì)合金主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)量
排名 |
企業(yè)名稱(chēng) |
產(chǎn)量(噸) |
1 |
株洲硬質(zhì)合金集團有限公司 |
5357 |
2 |
廈門(mén)金鷺特種合金有限公司 |
2210 |
3 |
自貢硬質(zhì)合金有責任限公司 |
1745 |
4 |
濟南市冶金科學(xué)研究所 |
1164 |
5 |
株洲長(cháng)江硬質(zhì)合金工具有限公司 |
925 |
6 |
浙江天石粉末冶金有限公司 |
725 |
7 |
蘇州新銳硬質(zhì)合金有限公司 |
606 |
8 |
株洲歐科億硬質(zhì)合金有限公司 |
568 |
9 |
南昌硬質(zhì)合金有限責任公司 |
427 |
10 |
崇義章源鎢制品有限公司 |
388 |
來(lái)源:中企顧問(wèn)網(wǎng),新材料在線(xiàn)
3.2航空航天裝備產(chǎn)業(yè)鏈
航空航天裝備屬于高端裝備制造業(yè),涉及學(xué)科領(lǐng)域廣,制造工藝復雜,技術(shù)標準高。航空產(chǎn)業(yè)鏈按上中下游產(chǎn)業(yè)劃分,上游產(chǎn)業(yè)鏈主要包括新材料、發(fā)動(dòng)機、機電設備、機體、標準件、特殊材料和涂料等。

3.3航空航天裝備關(guān)鍵材料
航空航天事業(yè)所取得的巨大成就,與航空航天材料技術(shù)的發(fā)展和突破是分不開(kāi)的。航空航天材料主要指用于制造航空航天飛行器的材料。
按使用范圍,航空航天材料可分為結構材料與功能材料。結構材料主要用于制造飛行器各種結構部件,如飛機的機體、航天器的承力筒、發(fā)動(dòng)機殼體等,其作用主要是承受各種載荷,包括由自重造成的靜態(tài)載荷和飛行中產(chǎn)生的各種動(dòng)態(tài)載荷。
功能材料主要是指在光、聲、電、磁、熱等方面具有特殊功能的材料,如飛行器測控系統所涉及的電子信息材料(包括用于微電子、光電子和傳感器件的功能材料,航天飛機表面的熱防護材料等。結構材料總的發(fā)展趨勢是輕質(zhì)化、高強度、高模量、耐高溫、低成本:而功能材料則朝著(zhù)高性能、多功能、多品種、多規格的方向發(fā)展。出于現代高性能飛行器發(fā)展的需要,結構和功能一體化和智能化也是重要的材料發(fā)展方向。
表3-1航空航天裝備關(guān)鍵材料
結構材料 |
功能材料 |
||
機體材料 |
發(fā)動(dòng)機 |
航空功能材料(機載設備) |
航天功能材料 |
復合材料 鋁合金 鈦合金 鋼結構 密封材料 粘合劑 涂料 |
鋁合金 結構鋼 高溫合金 鈦合金 隔熱涂層 |
微電子和光電子材料 壓電敏感元件材料 透波復合材料 吸波隱身復合材料 紅外敏感材料 激光晶體及低膨脹微晶玻璃 |
防熱耐燒蝕復合材料: 碳/碳復合材料 碳/酚醛復合材料 碳纖維/陶瓷復合材料 梯度功能材料: 陶瓷/金屬梯度功能復合材料 |
來(lái)源:新材料在線(xiàn)
高溫合金材料被譽(yù)為“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機基石”,是一種能夠在600℃以上及一定應力條件下長(cháng)期工作的金屬材料,具有優(yōu)異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,是發(fā)動(dòng)機熱端部件不可替代的關(guān)鍵材料。
高溫合金從誕生起就用于航空發(fā)動(dòng)機,在現代航空發(fā)動(dòng)機中,高溫合金材料的用量占發(fā)動(dòng)機總重量的40%-60%,主要用于四大熱端部件:燃燒室、導向器、渦輪葉片和渦輪盤(pán),此外還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2012年,全球高溫合金消費量為28萬(wàn)噸,占鋼鐵總消費量的0.02%,市場(chǎng)規模達100億美元。目前,高溫合金被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域,特別是航空航天領(lǐng)域,占總使用量的55%,其次是電力20%和機械10%領(lǐng)域。
2009年我國高溫合金材料年生產(chǎn)量約1萬(wàn)噸左右,需求可達2萬(wàn)噸以上。到2013年,這一市場(chǎng)的供給并未有太大改變,但需求已增長(cháng)至3萬(wàn)噸的水平;2009年我國航空航天、發(fā)電領(lǐng)域使用的高端和新型高溫合金市場(chǎng)需求量在3000余噸,在其后的5至10年內,每年呈15%以上的速度增長(cháng)。2015年該領(lǐng)域的市場(chǎng)需求將接近7000噸。
國外在20實(shí)際30年代就開(kāi)始了高溫合金的研制,而我國高溫合金的研發(fā)則起步于20世紀50年代末,比國外晚近30年。但是好在經(jīng)過(guò)了初創(chuàng )、提高和創(chuàng )新發(fā)展等幾個(gè)階段我國在高溫合金的研制上取得了很大的進(jìn)展,到目前已經(jīng)基本形成了自己的合金體系和研制生產(chǎn)基地。
表3-2國外高溫合金主要企業(yè)
航空航天是金屬鈦制品的最大市場(chǎng)。據資料報道航空航天應用占全球鈦制品需求的30%以上。鈦合金是一種重要的新型結構材料,因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性強等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。鈦合金主要用于飛機及發(fā)動(dòng)機的制造材料,如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機盤(pán)和葉片、發(fā)動(dòng)機罩、排氣裝置等零件以及飛機的大梁隔框等結構框架件。
航天器主要利用鈦合金的高比強度,耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構架和火箭殼體。人造地球衛星、登月艙、載人飛船和航天飛機也都使用鈦合金板材焊接件。
世界航空鈦市場(chǎng)主要集中在美國、俄羅斯、歐洲等國家和地區。業(yè)內人士分析,由于飛機的更新?lián)Q代及對節能高效機型的需求,未來(lái)航空市場(chǎng)需求將會(huì )持續增長(cháng),需求的增長(cháng)主要在新興國家及地區如中國、印度等發(fā)展中國家。
到2017年商業(yè)飛機機身用鈦需求將以每年12.1%的速度增長(cháng),商業(yè)飛機機身用鈦軋材的裝運量將由2012年的5000萬(wàn)磅增至8900萬(wàn)磅。2014年商業(yè)機身用鈦需求將由2013年的6100萬(wàn)磅增至7400萬(wàn)磅。未來(lái)每架飛機金屬使用量不斷增加,特別是新機型。預計2012-2017年,寬體式飛機金屬使用量每年增長(cháng)10%,窄體式飛機金屬使用量每年增長(cháng)3%。增長(cháng)主要體現在機身用鈦方面。
表3-3世界主要航空鈦材主要企業(yè)
美國ATI |
ATI同波音商業(yè)飛機公司存在長(cháng)期供貨合同。包括鈦及其它合金的機身及發(fā)動(dòng)機零部件該公司和波音公司將長(cháng)期鈦材供貨合同已延長(cháng)至2018年,并增加了高附加值產(chǎn)品及高級合金的供貨比例,高級合金包括ATI公司研制的ATI425合金。該合金通過(guò)改進(jìn)性能和減小尺寸可實(shí)現降低飛機重量。 |
精密鑄件公司(PCC)子公司Timet |
PCC是一家全球綜合性復雜金屬零部件及產(chǎn)品制造商,其主要市場(chǎng)為航空航天及一般工業(yè)。2012年年底,PCC成功收購了美國最大的鈦軋材生產(chǎn)商鈦金屬公司(Timet)。Timet是世界上鈦熔制品和軋制品的主導生產(chǎn)商,也是美國最大的海綿鈦生產(chǎn)商,其產(chǎn)品主要用于航空航天市場(chǎng),主要銷(xiāo)售對象是波音公司、羅羅公司等。 |
俄羅斯VSMPO-Avisma |
VSMPO-Avisma公司是目前世界上最大的鈦材生產(chǎn)企業(yè)之一,作為全球鈦材生產(chǎn)的領(lǐng)軍者,其鈦產(chǎn)品已占全球市場(chǎng)份額的四分之一,是為波音公司長(cháng)期提供鈦軋材的三大供應商之一。目前,該公司70%的產(chǎn)品用于出口,能夠滿(mǎn)足波音公司40%、歐洲航空防務(wù)及航天公司60%、巴西航空工業(yè)公司100%的用鈦需求。 |
來(lái)源:新材料在線(xiàn)
表3-4中國鈦材主要企業(yè)
海綿鈦 |
鈦加工材 |
鈦粉 |
遵義鈦業(yè) |
寶鈦集團 |
寶雞富士特鈦業(yè) |
洛陽(yáng)雙瑞萬(wàn)基 |
西部材料 |
寶雞泉興 |
唐山天赫 |
寶雞富士特鈦業(yè) |
寶雞旭光 |
朝陽(yáng)金達 |
寶雞力興 |
岐山邁特 |
錦州華神 |
西部超導材料 |
寶雞邁特 |
朝陽(yáng)百盛 |
南京寶泰 |
寶雞賽特 |
攀鋼鈦業(yè) |
寶鋼特鋼 |
河北武邑凱美特 |
撫順鈦業(yè) |
上海樺夏 |
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天津銀澤 |
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北京中北鈦業(yè) |
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東方鉭業(yè) |
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攀長(cháng)鋼 |
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云南鈦業(yè) |
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湖南湘投金天 |
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來(lái)源:新材料在線(xiàn)
碳/碳復合材料是一種新型高溫材料,具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸震性好等一系列優(yōu)異性能。
碳/碳復合材料特性:
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在惰性氣氛中的高溫熱穩定性(3000℃)
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2200℃的無(wú)氧環(huán)境下保持室溫強度
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耐熱沉積能力強
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熱膨脹系數低
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熱導率高
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耐磨性好,自潤滑
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無(wú)毒,抗腐蝕性好
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無(wú)氧條件下化學(xué)活性低
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密度低,<2.0g/cm3
作為抗燒蝕,短時(shí)使用的材料,碳/碳復合材料已在航天工業(yè)中得到成功的應用,如火箭發(fā)動(dòng)機尾噴管、喉襯,航天飛機的機翼前緣等。在航空領(lǐng)域的應用,最成功的范例當數碳/碳復合材料剎車(chē)盤(pán),在這方面已形成了成熟的市場(chǎng)。但作為研究的焦點(diǎn),目前則主要集中在作為高溫長(cháng)時(shí)使用的結構材料方面。將該材料用于航空發(fā)動(dòng)機的熱端部件是目前世界上各先進(jìn)國家研究和發(fā)展的方向,并已取得初步成果。
碳纖維復合材料的最優(yōu)異特點(diǎn)是相對于鋁、鋼等金屬結構材料具有極高的比強度和比剛度,目前是一種理想的輕質(zhì)高強度航空航天結構材料。同鋁合金相比,用碳纖維復合材料制造的飛機結構,減重效果可達20%~40%。在航天領(lǐng)域,復合材料廣泛應用于航天器結構件,包括衛星中心承力筒、各種儀器安裝結構板等。在運載火箭上被用于火箭的排氣錐體,發(fā)動(dòng)機的蓋、燃燒室殼體、噴管、喉襯、擴散段,以及整流罩等部位,與鋁合金相比重量可減輕10%~25%。
2014年全球碳纖維市場(chǎng)需求為53500噸,航空航天市場(chǎng)出現高增長(cháng)率,應用占比達29%。汽車(chē)應用占比為13% ;風(fēng)電葉片應用占比為11%。2014年國內碳纖維需求為10600噸,航空航天占比較小,僅為3%。
碳纖維全球主要制造商包括日本東麗,日本三菱,ZOLTEK,HEXCEL,CYTEC,SGL。中國碳纖維主要制造商包括中復神鷹,江蘇恒神,威海拓展,中油吉化,吉林江城,金山石化等。
2014年,幾乎所有的碳纖維巨頭都宣布了擴產(chǎn)計劃:東麗與HEXCEL在歐洲擴產(chǎn),三菱與美國在本土擴產(chǎn),CYTEC已經(jīng)基本完成美國的雙倍產(chǎn)能擴產(chǎn)計劃,SGL在美國再一次擴產(chǎn)。
日本東麗:2012-2014年日本東麗的營(yíng)業(yè)收入均保持了增長(cháng),2014年的收入為1.84萬(wàn)億日元,較上年同期增長(cháng)15.42%。其中碳纖維復合材料在公司銷(xiāo)售中占比為6%。
美國Zoltek: 年產(chǎn)13000噸碳纖維,2013年9月,日本東麗宣布以5.84億美元收購zoltek。2014年2月8日,Zoltek正式成為東麗子公司。
日本東邦:公司碳纖維Tenax年產(chǎn)能為6400噸。
美國Hexcel:2013年公司營(yíng)業(yè)收入為16.78億美元,從產(chǎn)品應用領(lǐng)域來(lái)看,商業(yè)航空是主要的應用領(lǐng)域,其次是空間防御,產(chǎn)品市場(chǎng)占比在22%左右。
來(lái)源:新材料在線(xiàn)
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