在《中国制造2025》中，核心转变是从“中国制造”到“中国创造”，改革创新则是勾勒中国制造上天入海蓝图的一条主线。《中国制造2025》重点提及了大力推动十大重点领域突破发展，包括新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。

    笔者就目前重点发展的十大领域所用的核心材料作如下汇总整理，以供参考。

    1、半导体材料

    《中国制造2025》指出的加快新一代信息技术产业。新一代信息技术产业主要运用的材料是半导体材料。

    半导体材料按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。

    20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。

    2、有色轻金属：镁钛铝合金

    《中国制造2025》指出的加快大型飞机研制，大飞机每架需用高温合金、钛合金近100吨。

    镁合金

    镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

    在航天的应用：镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200～300兆帕（20～30公斤/毫米2），主要用于制造低承力的零件。镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂漆。

    镁合金在汽车上的应用零部件可归纳为两类：（1）壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。（2）支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。根据有关研究，汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重，汽车自重每减轻10%，其燃油效率可提高5%以上；汽车自重每降低100 kg，每百公里油耗可减少0.7 L左右，每节约1 L燃料可减少CO2排放2.5 g，年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大，汽车的轻量化成必然趋势。手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。

    钛合金

    钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展，钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件，再次高端的海工装备、石油和化学工业等高科技工业等。

    钛合金的性能：强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热弹性小 。比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比铝、钢强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。

    新进展：高温钛合金、钛铝化合物、高强高韧β型、阻燃钛合金、医用钛合金。

    铝合金

    铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。

    3、高强度钢

    《中国制造2025》指出的加快大型飞机研制，而大飞机关键零部件需要钢材来制造。不同的部位对于钢材的要求也各不相同。飞机齿轮、曲轴等要求钢材在具备一定硬度的同时还要有良好的韧性，特别是低温冲击韧性。并且例如传动轴之类受力截面不均匀的零件，则要求钢材在受力较大的表面有较好的性能。而飞机起落架、大梁、骨架用钢则要求钢材拥有高屈服强度以及抗高温性。其中，最为重要、技术要求最高的就是制作飞机起落架、大梁、骨架所用到的超高强度结构钢。这种超高强度结构钢的极限屈服强度超过1400MPa，高于极限屈服强度600MPa的铝合金。

    《中国制造2025》提出大力发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备。海洋工程装备制造业对高端钢材的需求量大，其中有海洋平台（包括采油平台和钻井平台）用钢，其各项技术指标要求极高，不仅要有很高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，还要求高强度、高韧性、耐腐蚀、易焊接。尤其是桩腿和升降系统的电动齿轮、齿条等关键部位用钢，其技术标准要求更加苛刻，屈服强度要满足在690兆帕以上的超高强度指标，确保-40℃的低温高韧性指标，抗层状撕裂性能达到Z向35%，并要有完美的焊接性能。目前关键部位所用超高强度、大厚度钢板、抗层状撕裂的Z向钢和深海天然气工程用的海底大壁厚深海用管线钢等，国内只有个别钢厂能够生产，大多钢厂还处在研发试制阶段，多数依赖进口，特别是屈服强度在690兆帕以上、高韧性、耐腐蚀、易焊接的海洋工程用钢完全依赖进口。

    未来高端制造装备需要高端钢材，主要有：核电用钢、高速铁路用钢、高强度轿车用钢、高档电力用钢和模具钢、特殊大锻材等关键钢材品种；超超临界火电用钢及核电用特厚钢板和高压锅炉管、25万千伏安以上变压器用高磁感低铁损取向硅钢，等等，都需要大力研发和生产。

    4、稀有金属和稀土材料

    稀有金属和稀土属于国家的战略储备材料，必须加强收储力度。在过去的很多年，稀有稀土资源并没有得到很好的重视。我国虽然稀有稀土金属储量不低，但在国际上几乎没有定价权和话语权。加上行业违规乱猜乱开，二十多年来被当成萝卜白菜一样贱卖。以钽为例，由于其在电子产品上的功能性，已经成了美国的战略物资。美国国防部后勤署是钽金属最大的拥有者，曾一度买断了世界三分之一的钽粉。然而如此重要的战略资源，中国钽金属生产企业并没有因此获得多少利润，出口到国外仅仅获得微利而已。直到2011年底印发的《有色金属工业“十二五”规划》中对钨、钼、锡、锑、稀土等战略性小金属的发展做了专项规划，并提出要建立完整的国家储备体系，并鼓励民间收储，中国作为稀有金属大国的地位和优势才逐渐的显现出来。

    铟、锗、镓、钨、铋、钴、锑、钒、铑、硒、碲等稀有金属材料和各种稀土具备各种特殊的功能，而这些功能正满足了智能制造设备和智能生活设施的需求。比如，金属铟具有导电透明的特性，是生产各种LED液晶显示屏的理想材料，近两年来，在触控面板上更是发挥了巨大功能。在光伏行业，被人们看好的铜铟镓硒太阳能电池也是基于铟材料的良好导电和透光性，是《中国制造2025》中新能源应用中潜力巨大的部分。金属“锗”具有高折射率、低色散、容易加工、有良好的机械强度、不吸潮等优点，因而在红外和光学元件中成为很有吸引力的材料。工信部投资4300亿进行宽带改造，实现“光进铜退”， 光纤用锗约占30%。此外，锗将用于各种红外传感、热敏元件以及航空航天、红外导航等方面也是关键材料。

    5、新材料

    与“十二五”规划的整体思路不同，由中国工程院院士参与起草的 《中国制造2025》，弱化了“五年”规划的时间限制，直接考虑的是未来十年的工业发展政策。

    具体加大重点新材料领域：特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料。

    特种金属功能材料包括高纯金属及靶材、稀贵金属、储能材料、新型半导体材料、新一代非晶材料、精细合金等。

    高端金属结构材料包括高温合金及耐蚀合金、耐 蚀钢、特种不锈钢、工模具钢、轴承钢、齿轮钢，轨道交通 用铝合金、特种镁合金及钛合金等。

    先进高分子材料包括丁基橡胶等特种橡胶及专用助剂、聚酰胺等工程塑料及制品、电池隔膜、光学功能薄膜、 特种分离膜及组件、环境友好型涂料以及功能性化学品等。

    新型无机非金属材料包括电光陶瓷、压电陶瓷、碳化硅陶瓷等先进陶瓷，微晶玻璃、高纯石英玻璃及专用原 料，闪烁晶体、激光晶体等。

    高性能复合材料包括碳纤维、玄武岩纤维、树脂基、陶瓷基复合材料等。

    前沿新材料包括纳米粉体材料、石墨烯、超导 材料及原料、生物材料及制品、智能材料等。

    6、不锈钢

    不锈钢是不锈耐酸钢的简称。其优点是：耐腐蚀、抗地震、节水、卫生（无铁锈及铜绿色）、重量轻（减轻1/3）、少维修、寿命长（可使用40年）、寿命周期成本（LCC）低、属可回收再利用的绿色环保材料。

    《中国制造2025势》必推动一系列高端装备业的发展。不锈钢也是这些高端装备的重要应用材料之一。

    不锈钢的应用领域

    汽车工业，从不锈钢应用行业分析，汽车工业是当前发展最快的不锈钢应用领域。

    水工业，大量实践证明，不锈钢是水的准备、贮存、输送、净化、再生、海水淡化等水工业最佳选材。

    建筑业，目前，不锈钢主要用在高层建筑的外墙、室内及外柱的包覆，扶手、地板、电梯壁板、门窗、幕墙等内外装饰及构件。经表面处理、着色、镀层的不锈钢板，解决了触摸后易出现手印等问题，使不锈钢的应用范围进一步扩大。

    家电业，不锈钢用量大的是自动洗衣机内筒、热水器内胆、微波炉内外壳体、冰箱内衬，且多采用铁素体不锈钢。

    环保工业，工业废气、垃圾和污水处理装置需采用不锈钢制造。在烟气脱硫过程中，为抵御二氧化硫及氯离子、铁离子的腐蚀，在吸收塔、冷却器、泵、阀门、烟道等处需要采用双相不锈钢及高牌号奥氏体不锈钢。垃圾焚烧炉、废水处理等设施都需要采用高性能不锈钢材料制作。

    工业设施，发达国家工业设施采用的不锈钢比例一般可到15％-20％，目前国内的应用比例还很小。这一方面是因成套引进的工业设备，不锈钢材料并未统计，另一方面是因国内材料尚未采用。化工、石化、化纤、造纸、食品、医药、能源（核电、火电、燃料电池）等领域都需要不锈钢。此外，现有进口设备已进入检修期。随着国产不锈钢产品质量的提高及特殊牌号产品的开发，今后国内工业设施方面不锈钢的应用将会逐年增加。



 

责任编辑：王元

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