高性能金属新材料

高性能金属新材料（特种金属功能材料、高端金属结构材料）

一、金属类新材料

金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。

与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等物理特性，近年来在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。

钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。

①、钢铁材料和稀有金属新材料

钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。

稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。

②、高温合金和高性能合金

高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等。

二、高性能结构材料

从世界上新材料的发展趋势看，钢铁材料和有色金属材料的生产一直在向短流程、高效率、节能降耗、洁净化、高性能化、多功能化的方向发展。结构材料其主要功能是承担负载（如火车、汽车、飞机）。汽车用钢近年来已从一般钢铁发展为使用高强合金钢、铝合金或特殊的高强Mg基合金，高强Ti合金在高强钢中有重要位置，不锈钢则有取代碳钢的趋势。用于军用飞机的Al合金及一般钢材则被先进的Ti合金及高分子基复合材料所取代。进一步还需要发展碳纤维增强复合材料或Al基复合材料。

结构材料的主体有：

（1）钢铁

钢铁材料，特别是具有多相结构和复杂成分的优质钢具有重要的应用前景和潜在优势，需要开展相应的基础研究。联系微米和纳米技术的纳米层间结构、织构以及晶界和界面都可视为改善钢铁材料的重要途径。

（2）Al合金

Al基材料及相应的沉淀硬化效应导致高强铝合金的出现，相关技术工艺已发展为“沉淀科学”，它涉及“相”间晶体结构的匹配性以及合金的稳定性，特别是时效合金的稳定性直接影响航空或空间应用，因此可视为Al合金基础研究中的重要问题。

（3）Mg合金

镁及镁合金广泛应用于冶金、汽车、摩托车、航空航天、光学仪器、计算机、电子与通讯、电动、风动工具和医疗器械等领域。镁合金是最轻的工程结构材料，以其优良的导热性、减振性、可回收性、抗电磁干扰及优良的屏蔽性能等特点，被誉为新型“绿

色工程材料”、21世纪的“时代金属”。

（4）Ti合金

Ti合金在军用或民用航空工业的发展中有重要位置，多相纳米尺度层状微结构问题对高强Ti基合金的特性具有重要意义，它将成为设计新Ti基合金的关键因素。

三、国内外金属新材料的发展概况

（一）国外金属材料的发展概况：

目前世界上已有50万种材料，而新材料正以每年大约5%的速度增长，现今全世界已有800多万种人工合成的化合物，而且每年还以25万种的速度递增，其中有相当一部分将成为新材料。新材料在新兴技术中的产值居于首位，2000年全世界12项新兴技术的市场总营业额达到10000亿美元，其中新材料占40%。新材料国际市场需求旺盛，预计2007-2010年锂离子电池产业进入相对平稳增长阶段，销售收入增长率为5.85%；

1. 新材料主要领域发展概况

钢铁业是全球最大金属产业和第二大人造材料产业，其年产量达7.5亿吨，位居水泥的11亿吨之后。作为结构材料，钢铁产品在社会生活中应用非常广泛，无论是当前还是今后较长时间内钢铁材料都将占主导地位。世界钢铁工业技术进步的主流是缩短流程、减少工序、降低能耗降低成本、提高质量、提高效率，使钢铁工业从粗放式向集约化方向发展。目前钢铁技术的发展主要涉及到钢铁冶炼新技术，钢铁生产新工艺流程的开发，钢铁材料的连铸连轧技术、钢铁用能新技术、轧钢技术、冷轧产品的高质和高功能化以及计算机系统在钢铁工业中的应用等几个方面。

有色金属是指元素周期表中除金属铁、锰、铬以外的64种金属。由于这些金属具有一系列独特的性能和奇异的功能，如半导体功能、形状记忆功能、介电功能、光、磁、热、化学和核能等，在材料领域里独树一帜，应用极广，成为人类文明发展中不可缺少的物质。21世纪，人类面临资源枯竭、环境污染、人口剧增三大难题，有色金属材料在解决这些难题过程中起着独特的、不可替代的作用，有色金属材料的生产水平和应用程度已成为一个国家综合国力的标志之一。其技术发展方向是合成技术向纯净化、细晶体、均质化、强韧化和复合化方向发展，加工技术向高效、节能、短流程、高精度、环保型发展，新型铝合金、镁合金、钛合金的应用越来越广。

新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，主要包括镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料以及核反应堆用核能材料等。

复合材料是指由两种或两种以上不同材质的材料通过适当的工艺方法复合而成的一种多相材料体系，按其基体种类可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料三类。复合材料技术发展趋势是：金属基复合材料中非连续增强复合材料迅速发展，航空和宇航方面的应用前景好；美国和西欧各国侧重于航空和军事应用，日本则力求把它应用在工业上。

信息技术是21世纪高技术发展的先导，而电子信息材料则是信息技术发展的物质基础。电子信息材料主要包括电子计算机所用的集成电路材料（半导体材料）、与电子计算机配套使用的信息存储材料、光电子材料、传感器材料、磁性材料、电子功能陶瓷、光传导纤维、绿色电池材料等。电子材料技术发展趋势是：集成电路和半导体器件所用的材料由单片集成向系统集成发展；光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展；新型电子元器件用材料主要向小型化、片式化方向发展。

2. 主要国家材料科技发展概况

现代科技发展表明，每一项重大的新技术产生，往往都依赖于新材料的发展，由于新材料在发展高技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要

的作用，世界各发达国家都非常重视它的研究开发工作，并制定了相关发展计划，例如美国、日本、欧盟、俄罗斯、韩国等。

美国材料科技的战略目标是保持本领域的全球领导地位，支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等的发展，满足国防、能源、电子信息等重要部门和领域的需求。美国把生物材料、信息材料、纳米材料、极端环境材料及材料计算科学列为主要前沿研究领域。美国正在执行的材料相关规划比较多，分为国家层次及部门层次两种。这些规划主要包括：未来工业材料计划、国家纳米技术计划（NNI）、21世纪纳米技术研究开发法案、美国氢燃料电池研究计划、光电子计划、光伏计划、下一代照明光源计划、先进汽车材料计划、建筑材料计划。其中与金属新材料有关的有：纳米材料、极端环境材料、先进汽车材料计划、建筑材料计划。

日本材料科技战略目标是保持产品的国际竞争力，注重实用性，在尖端领域赶超欧美。日本科学技术基本计划重点是生命科学、信息通信、环境、纳米技术与材料等四大领域。日本注重于已有材料的性能提高、合理利用及回收再生，并在这些方面领先于世界。日本对新材料的研发与传统材料的改进采取了引进的策略，在结构材料的研究主要集中在超级钢、高性能铝合金、钛合金、镁合金、铜合金、锌合金、高性能陶瓷、超细陶瓷粉体、高性能高分子材料、复合材料方面；材料技术上的发展重点为高纯度化、薄膜化、纤维化、微粒化、气孔化、致密化、复合化、非晶化、梯度功能化、精密成形化等技术。主要规划有：科学技术基本计划；纳米材料计划；21世纪之光计划；超级钢铁材料开发计划等。

欧盟是政治、经济联盟，也是科技联盟。欧盟材料科技战略目标是保持在航空航天材料等某些领域的竞争领先优势。2003年欧盟科研部门指出欧盟准备大力发展的十大材料领域是催化剂、光学材料和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生学、纳米生物技术、超导体、复合材料、生物医学材料以及智能纺织原料，并认为未来新材料学的研究将体现三大技术特征：①制作技术，新的加工工艺和制造方法将使材料的生产实现从实验室走向工业化；②模仿技术，从材料的自然特性仿制到材料混合特性的研究；③预测技术，开发新的模型和试验方法，从而缩短材料的试验周期。

俄罗斯发展新材料的战略目标是：一方面力求继续保持某些材料领域在世界上的领先地位，如航空航天材料、能源材料、化工材料、金属材料、聚合材料等；另一方面大力发展促进国民经济发展和提高国防实力有影响的领域，如电子信息工业、通讯设施、计算机产业等所用的关键新材料。俄罗斯在新材料发展中采取的基本策略是：在处理发展高新技术和传统产业关系的同时，做到研发新材料与有效使用传统材为有机结合，在注重研发高新技术所需新材料的同时，对于现有的一般技术所需要的材料进行优选和更新，进而提高利用率。使研发新材料有的放矢、重点突出、周期缩短、效果显著。俄罗斯新材料的主要研发方向是结构材料和功能材料，具体为金属材料、陶瓷材料、复合材料、高分子材料、高纯度材料以及生物材料、超导材料和纳米材料等。俄罗斯在航空航天以及与国防有关的材料方面投入很大，以期保持在国防与空间技术方面与美国抗衡的实力。

韩国材料科技的战略目标是继美国、日本、德国之后，成为世界产业第四强国，材料科技被认为是确保2025年国家竞争力的6项核心技术之一，也是为其他领域技术实现突的破铺路技术。与材料相关的主要规划为：韩国科技发展长远规划--2025年构想；新产业发展战略；纳米科技推广计划；NT（纳米技术）综合发展计划（2001-2010年）；韩国的G7计划及2025构想提出了针对高新材料的发展方向，在新材料产业战略中对钢铁、化工材料的发展制定了明确目标；生物工程科学发展计划；原子能技术开发计划等。

（二）国内金属新材料的发展概况

1. 国家高度重视金属新材料的发展

高性能金属材料产业是高新技术发展的重要基础和先导产业，前沿技术不断突破，新产品开发不断加快，在新材料领域中占有重要的战略地位。目前，高性能金属材料技术正处于加快发展的关键时期，作为当今科技创新和产业化的重要前沿领域，高性能金属材料产业的发展水平成为一个国家和地区经济社会发展、科技进步和综合实力的重要标志之一。

据科技部火炬中心统计，2000年全国高新区的新材料产品有2661种，年销售收入达到676.79亿元，占主要技术领域合计的12%。到2000年底，省级认定的以新材料为主导产业、销售收入过亿元的高新技术企业有661家，占销售收入过亿元的高新技术企业总数的25.9%。到2001年止，科技部认定的以新材料为主导产业的重点高新技术企业221家，占重点高新技术企业总数的28.3%。国家“十五”规划中明确地指出要有选择加快信息技术、生物工程和新材料等三个高新技术产业，新材料列为最重要的发展领域之一。根据有关机构预测，近几年内，新材料产业市场需求平均年增长约在10%以上，我国新材料产业正处于强劲的发展态势。

“863”计划，是国家的中长期高技术研究与发展计划，其中的7个高技术研究领域中，新材料研发被作为重点之一。一是光电子材料及器件主题：二是特种功能材料技术主题；三是高性能结构材料技术主题：以国民经济建设中的重大需求为导向，发展具有自主知识产权的高性能结构材料及其先进制备、成形与加工技术，重点开发轻质、高强度的结构材料，第一批课题安排了45个项目。

“973计划，是国家重点基础研究计划，选择的30个重大课题中有7个与材料有直接关系，包括改造传统材料产业涉及的基础问题；发展高技术新材料涉及的基础问题；材料设计、制备、成型、改性及使用中的基础问题。

国家自然科学基金，是国家为支持自然科学基础性研究而设立的专项基金，它大力支持具有重要应用前景，特别是具有新思想，新方法以及可能产生新成果的材料方面的基础性研究。国家自然科学基金委员会资助的研究课题，与材料有关的约占四分之一。目前，已建和在建的150个重点实验室中，有关材料工艺、组织、结构、表征与测试的达35个，超过总数的1／5。

2. 几个区域金属新材料发展情况的介绍

1) 上海市

政府出台《关于加快推进上海高新技术产业化的实施意见》，明确了推进包括新材料产业在内的九个高新技术产业重点领域。按照规划，预计到2012年，上海新材料产业的产值规模将达到一千六百亿元人民币。而2008年沪新材料产业的产值为八百亿元人民币左右，这也就意味着，上海新材料产业将用四年的时间实现产值翻番。

上海新材料产业将着力推进高性能碳纤维、耐高温纤维等生产线建设，实现高温合金、钛合金材料产业化，推进生物相容材料及终端产品产业化，加快发展环保节能材料与新型绿色建材产业化等领域。新材料产业包括信息材料、能源材料、生物材料、纳米材料等十个门类的高科技材料，是欧美各国一致看好的基础性产业。此间专家指出表示，新材料技术与先进制造业发展的关系密切，比如核电、大飞机、精细化工等项目的研制都以新材料为基础，因而发展新材料产业不但产能潜力巨大，而且意义深远。

上海已在青浦、金山、奉贤、宝山四区重点布局新材料技术，青浦区新材料产业将以发展新型纺织材料、有机高分子材料等为重点，同时兼顾各种新材料门类。金山和奉贤两区将结合自身的化工产业优势，发展化工新材料。宝山区则围绕宝钢集团，重点打造精品钢材和特种钢等。

2)天津市

市政府高度重视新材料产业的发展，把新材料产业列为天津市鼓励发展的高新技术产业之一。为实现新材料产业的跨越式发展，使之成为我市新兴产业，特在《天津市高新技术产业发展第十个五年计划纲要》的基础上，编制《天津市新材料产业第十个五年计划》。

全市从事新材料生产和研发的企业和科研单位共459家，其中生产企业441家，开发研究机构18家。441家企业中，金属材料94家。新材料企业中，国有经济占25%，集体经济占33%，私营经济占13.3%，股份制经济占9%，三资经济占16.4%；其中，大型企业占9%，中型企业占8.8%。产值超亿元的产品10种，5000万元以上的产品25种。新材料产业实现高新技术产值为81.2亿元，占全市高新技术产值的10.9%。从事新材料开发的研究机构共有18家。天津大学、南开大学、天津理工学院、天津工业大学、天津轻工业学院等高等院校和一批驻津科研院所拥有一支实力较强的科研队伍，建有一批国家级重点实验室、工程中心和中试基地，在金属材料领域，已形成航空钢丝绳、被覆线钢丝、锌一铝一稀土镀层钢丝、予应力钢丝等2000多个品种。在国内率先开发出一批技术含量高的金属材料制品；

在今后的几年里，将重点发展高性能金属制品和高效钢材，做大做强线材制品，发展板带产品和建筑用高级棒、线材产品，扩大无缝钢管和石油套管的规模，加速新型铝合金挤压型材的产业化。

3) 大连市

根据调研资料，截止2003年底，大连市共有新材料企业71家，工业总产值为45.16 亿元，总收入为42.70亿元。从新材料产业定位来看，要成为大连市高新技术战略性产业和经济发展的重要支柱产业之一，其增长速度应高于同期GDP增长速度的5%以上，按同期GDP增长速度为10%计算，新材料产业的年增长速度应为15%左右，以此预计2010年大连市新材料工业总产值为120亿元。

大连是中国最早的钢铁基地之一，为中国特钢产业的发展做出了重要贡献，目前形成了以东北特钢集团为代表的低合金钢、合金钢材料产业。东北特钢集团在大连的经营单位大连金牛股份有限公司于1999年上市，注册资本两亿七千多万元。公司以特殊钢为主导产品，包括不锈钢材、轴承钢材、合金弹簧钢材、工模具钢材等几大类，广泛应用于航空、军工、国防等领域。如我国发射的大推力长二捆火箭使用的品种钢就包含了大连金牛公司生产的158种特殊钢材。2003年，大连金牛实现钢产量45.47万吨，工业总产值18.44亿元。大连通发新材料开发有限公司的“铜包铝线的包覆焊接装置”专利技术，经国家级实验室检测，性能达到美国ASTM标准。2001年列为科技部“十大”重点新产品和国家“十五”攻关计划项目。先后获得为摩托罗拉、诺基亚、爱立信等企业配套的专业化国际知名线缆商—美国ANDREW公司、芬兰NK公司、德国RFS公司、法国ACOME公司等质量合格评定，被指定为供货商。大连傅氏双金属制造有限公司主要从事双金属复合铜包铝线和铜包钢线等专利产品的生产。公司的铜包铝线产品可作为有线电视用户线及用户分配线的内导体，计算机局域网、接入网电缆内导体及电话用户通信线等。随着我国有线电视和大容量通讯网络的迅速发展，该产品将拥有巨大的市场发展空间。通过外引内联，大连特种钢重点企业金牛股份有限公司技术水平不断得到加强，在国内特钢及汽车钢材生产企业中，具有一定优势。该公司与大连理工大学、东北大学、北京科技大学、北京钢研总院等高等院校和科研院所建立起密切的合作关系，为大连钢铁企业的产品质量攻关、人才培养、学术交流等提供了重要的智力支持。大连新源动力股份有限公司作为中国燃料电池产业化的开拓者，在2003年工业总产值为27.8万元，总收入为778.5万元。目前在市场及产业化上尚未形成规模。因此，大连市计划

重点提高新材料企业的研发投入和自主创新能力，形成以企业为创新主体的新材料工业创新体系，提升新材料企业规模和产业集中度。到2010年，大连市应培育3～5家工业总产值和销售收入5亿元(不变价)以上的具有国际竞争力的龙头企业，培育10家以上工业总产值和销售收入超过1亿元(不变价)的强势企业，争取3～5家公司上市。

4) 重庆市

重庆市新材料产业经过十多年的发展，特别是近几年政府的支持引导和市场的强劲推动,己初其规模。据海关统计资料显示,2005年重庆市新材料产品出口27265万美元,同比增长18.9%,占高技术产品出口总额45%,为重庆市高新技术产品出口行业第一位。重庆市现己形成以新型铝镁合金材料、磁性材料为主的金属材料,以高性能功能陶瓷,结构陶瓷、玻璃纤维、新型建筑材料为主的无机非金属材料,以涂科及精细化工产品为主的有机高分于材科及以高性能连续纤维增强热塑性复合材料预浸料、金属基复合材料、新型油封为主的复合材料的门类较齐全的产业体系, 重庆市新材料产业2005年产业,总产值(现价)10838345元,主要涉及四大领城,其中金属材科3309939元,无机非金属材料3446095元。有机高分子材料及制品3962640元,复合材料119671元。在四大领域中,新材料主要包括六大专项,新型铝镁合金材料,以天然气为主的化工材料,玻璃纤维材料,仪表材料,新型建筑材料,以碳酸钙为主的功能材料等。有机高分子材料及制品是重庆市新材料产业的主导产品,其2005年产值为3962640元，占新材料总产值的36.56%,其产品销售收入为3886731元,占新材料产品总销售收入的36.54%,其它依次是无机非金属材料、金属材料和新型复合材料,值得一提的是,2005年无机非金属材料总产值比04年同期增长高达78.19%,而产品销售收入的增长率达82%,金属材料的总产值比04年同期增长42.74%,无机高分于材料和制品的总产值也有22.33%的增长,但是复合材料的总产值却下降了I7,91%。重庆的材料产业具有传统优势,截至2005年底,全市共有材料生产加工企业近3000家,从业人员近30万人。产品门类较为齐全,在金属材料、化工材料、功能材料及光电子材科、建筑材料及陶瓷材料、矿产资源及原材料等方面产业基础和发展趋势较好,并形成了以金属材料、建筑材料、化工材料、功能材料、电子材料、复合材料、高分予材料等为主的材料产业体系。

重庆市新材料生产企业共558家,其中内资企业479家,私营企业87家,港、澳、台商投资企业32家,外商投资企业47家。按规模大小分组,其中大型企业18家,中型企业151家,小型企业264家,重庆市新材料企业大多是中小型企业,大型支柱企业较少。

重庆市新材料产业特点为传统材料企业的新材料开发和新材料企业并存。在铝、镁、铌等有色金属、天然气化工、仪器仪表功能材料及光电子材料、建筑材科、矿产资源等材料及其加工方面具有明显的优势和特色。

（1）新材料企业的经济运行状况

新材料产业整体运作良好。2005年,重庆工业企业五十强中,材料企业有11家,占22%；高新技术产品销售收入超亿元的32个企业中,材料企业有6家。占19%；高新技术产品实现利税上千万元的48（家）个企业中,材料企业有8家,占17%全市工业企业按主营业务收入,排序前100名中材料企业有20家,其主营业务收入总和占100家企业主营业务收入总和的20%；按利税总额排序,前100名中材料企业有21家,其利税总额占100家企业利税总额的19%；按资产总计排序前100名中,材料企业有24家。

（2）重点企业运行状况

西南铝业（集团)公司是中国生产规模最大、技木装备最先进、品种规格最齐全的综合性特大型铝加工企业,中国高精铝材研究开发及生产基地。为中国军民用飞机、“长征”系列火箭、人造卫星、“神舟”号飞船、北京正负电子对撞机等国防军工项目及高新技术工程提供了上千种高品质铝材,重庆钢铁研究所为,“神舟”飞船研制生产的

伺服阀的核心技术桥型磁钢。

重庆镁业科技股份有限公司集镁合金冶炼、成型加工、镁回收研究和开发于一体，主要产品有镁合金摩托车曲轴箱、曲轴箱组件、镁合金通用发动机部件等,并且重庆有十家科技部确立的国家“十五”科技攻关镁合金应用及产业化基地。

重庆仪表材抖研究所在测温材料及其应用技术、金属复合带材、汽车、摩托车用传感材料等方面具有明显优势。并研制生产了国内第一支铠装热电偶、第一支贵金属细丝热电偶、第一支钨铼偶丝,首家拥有核级资质的核场测温装置生产许可证,其研制的超低矫顽合金、电度表用磁温度补偿合金,汽车仪表用可加工永磁合金在全国均处于领先地位,且出口到国外。

重庆四联仪器仪表集团有限公司建成了我国第一条表面连续复合的超簿贵/廉金属复合材料生产线,其复合材料产品的生产取得了较好的经济效益,同时还拥有国内最先进的磁场热处理炉,在磁钢的质量、品种、技术方面居国内领先地位,产品出口日木、新加坡、台湾、香港等国家和地区,是全国新材料行业的骨干企业,

重庆渝港钛白粉股份有限公司是我国最大的钛白粉生产基地之一、拥有目前国内最大,技术水平最先进的钛白粉生产装置,可生产各种金红石型和锐钛型钛白粉。