耐磨材料的现状及未来发展趋势

耐磨材料的发展现状及未来发展趋势正因为这些由本征特性TC、HC2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高TC超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。

高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。

一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了材料科学的前沿问题。

高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。

能源材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40％。

美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50％用于储氢技术。

固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。

生态环境材料生态环境材料是20世纪90年代在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：①直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生物可降解材料技术，CO2气体的固化技术，SOX、NOX催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术；②开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等；③材料的环境协调性评价。

智能材料智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的耐磨材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。

科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。

国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10分钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。

2、国内耐磨材料发展的现状和差距我国非常重视耐磨材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，耐磨材料都占有很大比例。

在“九五”“十五”国防计划中还将特种耐磨材料列为“国防尖端”材料。

这些科技行动的实施，使我国在耐磨材料领域取得了丰硕的成果。

在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土耐磨材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等耐磨材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。

镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化。

2、国内耐磨材料发展的现状和差距我国非常重视耐磨材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，耐磨材料都占有很大比例。

在“九五”“十五”国防计划中还将特种耐磨材料列为“国防尖端”材料。

这些科技行动的实施，使我国在耐磨材料领域取得了丰硕的成果。

在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土耐磨材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等耐磨材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。

镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化目前世界各国耐磨材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。

发达国家企图通过知识产权的形式在特种耐磨材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。

近年来，我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。

但是，我们应该看到，我国目前耐磨材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。

我国耐磨材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。

3、国内外耐磨材料社会经济发展需求分析1）耐磨材料的国外需求分析根据预测，2001年新材料技术产业在世界市场的销售额将超过4000亿美元，，其中耐磨材料约占75～80％。

某些特种耐磨材料就其单项而言，其市场也是巨大的。

1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市场销售额已达210亿美元，预期到2010年将达到800亿美元；2000年超导材料销售额已达80亿美元，预测2010年的年销售额预计将达到600亿美元，其中高温超导电力设备的全球销售额可达50－60亿美元，到2020年，全球与超导相关的产业的产值（按1995年的价格估算）可能达到1500亿到2000亿美元，其中高温超导占60％；2010年全球钕铁硼永磁材料的市场需求量将达14.6万吨，产值达80亿美元，带动相关产业产值700亿美元；生物医用材料是一个正在迅速发展的高技术领域，目前全球生物医用材料及制品的产值超过700亿美元，美国约为400亿美元，与半导体产业相当，是美国经济中最活跃、出口量最大的6个产业之一，近年来一直保持每年20％以上的速率持续增长，预计到本世纪前十年左右，生物医用材料产业将达到药物市场的份额；随着可持续发展政策被各国政府的广泛采纳，生态环境材料的市场需求也将迅速增加，估计2010年的社会需求将高于500亿美元。

可见，在全球经济中，特种耐磨材料无论是需求的规模，还是需求的增长速度，都是相当惊人的。

2）耐磨材料的国内需求分析中国作为一个12亿人口的大国，正在实施宏伟的第三步发展战略，这一根本国情加之特种耐磨材料在经济社会发展中的重要作用和地位，决定了我国对耐磨材料的需求将是巨大的。

耐磨材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升我国基础工业和传统产业的基础，直接关系到我国资源、环境及社会的可持续发展。

我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种耐磨材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。

如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种耐磨材料的支撑。

我国经济的快速增长和社会可持续发展，对发展新型能源及能源材料具有迫切的需求。

能源材料是发展能源技术、提高能源生产和利用效率的关键因素，我国目前是世界上能源消费增长最快的国家，同时也是能源紧缺的国家。

发展电动汽车、使用清洁能源、节约石油资源等政策措施使得新型能源转换及储能材料的需求不断增加。

近年来，随着电子信息技术的迅猛发展，我国便携式电器如手提电话、笔记本计算机用户每年均以超过20％的速度增加，形成了一个对小型高能量密度电池的巨大社会需求。

随着移动通信等新一代电子信息技术的迅速崛起，作为一大批基础电子元器件技术核心的信息功能陶瓷日益成为我国发展相关高技术的需求重点。

按照5％的世界市场占有率计，2010年我国信息功能陶瓷材料及制品的年销售额将达300亿元人民币，对信息通讯产业发展具有举足轻重的作用。

我国是一个稀土大国，其工业储量占世界总储量的70％以上，发展稀土耐磨材料我国有着独特的资源优势。

例如，稀土永磁材料全世界的年平均增长率为23％，而我国高达60％，1995年全球的钕铁硼永磁材料的生产总量为6000吨，其中我国为2000吨，占总量的1／3，预测2010年全球钕铁硼永磁材料的产量将达14.6万吨，产值达80亿美元，其中我国的产量将达5.4万吨，产值达20多亿美元，相关器件产值达100～150亿美元。

稀土在发光、催化等领域的应用也具有广阔的市场需求。

我国西部还拥有一些储量丰富的资源，如稀土、钨、钛、钼、钽、铌、钒、锂等，有的工业储量甚至占世界总储量的一半以上，这些资源均是特种耐磨材料的重要原材料。

研究开发与上述元素相关的特种耐磨材料，拓宽其应用领域，取得自主知识产权，将大幅度地提高我国相关特种耐磨材料及制品的国际市场竞争力，这对实现西部资源的高附加值利用，将西部的资源优势转化为技术优势和经济优势具有重要意义，将有力地支持国家的西部大开发。

随着我国人民生活质量的进一步改善和提高，我国潜在的生物医用材料市场将很快转化为充满勃勃生机的现实市场，从而创造出巨大的社会经济效益，成为国民经济的一个支柱产业。

我国已确定“在发展中解决保护，在保护环境的基础上实现持续发展”的原则，签署了有关国际公约，并通过了国家有关环境保护的法律、法规，这些都为生态环境材料需求发展创造了有利条件。

发展生态环境材料，除了在社会和经济方面具有巨大的需求之外，在政治上还对我国加入WTO，融入国际社会，提升国际地位具有重要作用。

此外，生态环境材料还对我国的“科技、人文、绿色”奥运工程起着特殊的作用。

总之，在未来的五到十年，我国经济、社会及国家安全对耐磨材料有着巨大的需求，耐磨材料是关系到我国能否顺利实现第三步战略目标的关键新材料。

4、发展重点与关键技术选择1）发展重点·高温超导材料制备与应用技术·稀土耐磨材料·新型能量转换材料与技术（能源材料）物医用材料·绿色奥运工程材料与技术·分辨离膜材料与技术（海水、氯碱膜）·印刷（制版、感光）、显示（OLED）材料·高新技术改造传统产业技术2）关键技术选择能源材料①固体氧化物燃料电池：固体氧化物燃料电池是一种新型绿色能源装置，比质子交换膜燃料电池有更高的转换效率和节能效果，可减少二氧化碳排放50％，不产生NOX，已成为发达国家重点研究开发的新能源技术。

但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温度达800～900℃，其关键部件的材料制备总是成为制约固体氧化物燃料电池发展的瓶颈。

应突破的关键技术主要有：A）高性能电极材料及其制备技术；B）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜的制备技术；C）电池结构优化设计及其制备技术；D）电池的结构、性能与表征的研究。

②光电转换效率大于18％的硅基太阳能电池商品化；研制出光电转换效率大于18％的低成本、大面积、可商业化的硅基太阳能电池及其组件。

③太阳能的综合利用（光电、热电、热交换）及其与风力发电的耦合技术；建立总体利用效率达15％的追尾聚集光式太阳能光电、热电、热交换系统并实用化，建立太阳能综合利用与风力发电耦合的实用型分布式地面电站，并可并网供电。