鋼鐵研究總院趙棟梁說課材料

鋼鐵研究總院趙棟梁特種金屬功能材料國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)主要內(nèi)容一、功能材料簡(jiǎn)介二、功能材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)功能材料材料劃分為兩大類：結(jié)構(gòu)材料和功能材料材料功能材料結(jié)構(gòu)材料具有特殊物理、化學(xué)和生物性能的材料信息、生物、能源及先進(jìn)制造等高新技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料集中體現(xiàn)了材料科學(xué)涉及物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、信息科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微加工學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的特征大量的材料科學(xué)基礎(chǔ)問題和材料技術(shù)基礎(chǔ)問題急待解決高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，廣闊的潛在市場(chǎng)、極為重要的戰(zhàn)略意義功能材料發(fā)展趨勢(shì)高性能化、多功能化、復(fù)合化、智能化和低成本化方向發(fā)展。三維體材料向低維材料發(fā)展多學(xué)科交叉宏觀向微觀納米發(fā)展傳統(tǒng)材料向人工設(shè)計(jì)材料作用和地位：功能材料在信息時(shí)代起到基礎(chǔ)和核心作用。是現(xiàn)代國(guó)防的堅(jiān)強(qiáng)后盾，是決定武器裝備是否先進(jìn)的基礎(chǔ)，是決勝的關(guān)鍵因素之一是國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的反映，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入的主要成分之一。應(yīng)用廣泛、在許多現(xiàn)代裝備系統(tǒng)中，起著大腦、心臟和經(jīng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。功能材料功能材料功能材料結(jié)構(gòu)化—結(jié)構(gòu)材料功能化結(jié)構(gòu)功能一體化功能材料分類：精密合金：軟磁、永磁、彈性、膨脹、熱雙金屬、電阻合金新型功能材料：能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換材料、超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、……金屬功能材料

磁性材料

軟磁材料

永磁材料

半硬磁材料特種磁性材料

金屬軟磁材料

軟磁鐵氧體

永磁鐵氧體

稀土永磁

鋁鎳鈷等磁致伸縮材料磁阻抗材料磁光材料電工鋼電磁純鐵鐵鎳合金非晶微晶合金特種軟磁合金功能材料的應(yīng)用狀況功能材料應(yīng)用電力軍事生物儀表信息新能源通信電子航天交通運(yùn)輸家用電器科學(xué)研究產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：1.產(chǎn)業(yè)體系初步建立

形成了研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用，品種和門類較為齊全的產(chǎn)業(yè)體系2.產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大

“十五”、“十一五”期間，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，部分材料產(chǎn)能居世界前列3.部分關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破非晶合金、取向硅鋼等達(dá)到或接近國(guó)際水平4.創(chuàng)新能力弱、保障能力差產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)：1.新技術(shù)的融合：

納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)等與新材料技術(shù)的融合2.結(jié)構(gòu)與功能一體化3.功能材料智能化4.戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)需求

節(jié)能環(huán)保、信息技術(shù)、裝備制造、新能源規(guī)劃《決定》中關(guān)于新材料產(chǎn)業(yè)的論述積極發(fā)展高品質(zhì)特殊鋼、新型合金材料、工程塑料等先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料大力發(fā)展稀土功能材料、高性能膜材料、特種玻璃、功能陶瓷、半導(dǎo)體照明材料等新型功能材料提升碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維及其復(fù)合材料發(fā)展水平發(fā)展重點(diǎn)特種功能材料：1.稀土金屬功能材料：

提高性能、擴(kuò)大高端應(yīng)用、增加產(chǎn)品附加值，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)

模。大力發(fā)展稀土永磁、發(fā)光、儲(chǔ)氫、催化、拋光材料產(chǎn)業(yè)。2.稀有金屬材料：

高純稀有金屬靶材、鎢鉬、錸等及合金制品，硬質(zhì)合金、原子能級(jí)鋯材等3.半導(dǎo)體材料：

高純度、大尺寸、低缺陷、高性能、低成本。電子級(jí)多晶硅、大尺寸單晶

硅、拋光片、外延片等材料，開發(fā)GaN、GaAs、SiC、InP等半導(dǎo)體，CuInGaSn、CuInS、CdTe等光伏薄膜材料4.其它功能材料：

高磁感取向硅鋼、鐵基非晶合金帶材、超細(xì)超純銅合金5.關(guān)鍵裝備

重大工程（專項(xiàng)工程）1.高強(qiáng)輕型合金材料專項(xiàng)工程2.高性能鋼鐵材料專項(xiàng)工程3.稀土及稀有金屬功能材料專項(xiàng)工程4.碳纖維低成本化與高端創(chuàng)新示范工程5.高性能膜材料專項(xiàng)工程6.先進(jìn)電池材料專項(xiàng)工程7.新型節(jié)能綠色建材示范應(yīng)用專項(xiàng)工程8.電子信息功能材料專項(xiàng)工程9.生物醫(yī)用材料專項(xiàng)工程10.新材料創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)工程一、稀土功能材料稀土在新材料中的應(yīng)用稀土材料生物材料儲(chǔ)氫材料磁性材料發(fā)光材料催化材料信息材料國(guó)防軍工航空航天汽車家電信息通信綠色能源發(fā)達(dá)國(guó)家：將稀土列為重要戰(zhàn)略資源稀土新材料研究和相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域資源第一占世界的35%生產(chǎn)第一占世界的95%出口第一占國(guó)外用量的90%

應(yīng)用第一占世界的60%稀土功能材料新材料應(yīng)用比例已上升到應(yīng)用總量的53％，新材料應(yīng)用中的64％為稀土永磁，9%為稀土儲(chǔ)氫合金稀土永磁材料已成為稀土應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展最快和最大的產(chǎn)業(yè)。稀土材料產(chǎn)業(yè)狀況分析稀土功能材料：稀土永磁從產(chǎn)值上來說，中國(guó)占64％，日本占34％，歐美2％。2010年全球NdFeB磁體產(chǎn)值分布圖2010年全球NdFeB磁體產(chǎn)量分布圖NdFeB磁體產(chǎn)量/產(chǎn)值分布圖中國(guó)已超過世界總產(chǎn)量的83％日本占16％歐美不到1％我國(guó)釹鐵硼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日本釹鐵硼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)釹鐵硼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)NdFeB產(chǎn)業(yè)存在的問題1.專利許可2.產(chǎn)業(yè)分散3.缺乏向元器件和整機(jī)一體化發(fā)展4.高端產(chǎn)品占有率較低，僅為37%左右，而日本幾乎全部為高端產(chǎn)品；我國(guó)生產(chǎn)的磁體磁能積+矯頑力在56-65之間，在耐高溫及超高矯頑力NdFeB磁體（磁能積+矯頑力≥70）的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上仍存在一定差距。在高技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ来挪牧咸岢龈鼮槿娴募夹g(shù)指標(biāo)要求。我國(guó)燒結(jié)NdFeB研發(fā)和產(chǎn)業(yè)回顧“十五”、“十一五”期間，在“863”等國(guó)家項(xiàng)目的支持下，我國(guó)高性能燒結(jié)釹鐵硼的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化取得了一系列可喜的進(jìn)步。重點(diǎn)解決產(chǎn)業(yè)化各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)

產(chǎn)業(yè)化技術(shù)裝備和工藝提升了

稀土永磁產(chǎn)品檔次

國(guó)家稀土永磁產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力掌握N55系列高檔燒結(jié)釹鐵硼磁體制備技術(shù)解決了千噸級(jí)高性能釹鐵硼永磁生產(chǎn)線中存在的共性問題，提升了我國(guó)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)水平。三、稀土永磁產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向根據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃和重大工程對(duì)稀土永磁材料提出新的需求重點(diǎn)集中在以下六個(gè)方面一、超高磁能積\超高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的研制二、低成本、低重稀土永磁材料的制備三、粘結(jié)稀土永磁材料制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)四、高性能稀土永磁材料表面處理關(guān)鍵技術(shù)五、先進(jìn)熱壓釹鐵硼永磁材料及其規(guī)?；苽浼夹g(shù)六、高性能稀土永磁材料的溫度穩(wěn)定性和長(zhǎng)期服役特性1.超高磁能積、超高矯頑力燒結(jié)釹鐵硼磁體的研制性能提高10%節(jié)約原材料20%Br(T)M0HcJ(T)(BH)MAX(kJ/m3)理論值1.606.7512實(shí)驗(yàn)值1.550.82474達(dá)到程度，%97%12%93%NdFeB主要指標(biāo)與理論指標(biāo)對(duì)比Hcj+(BH)max70低重稀土\混合稀土高豐度稀土2.低成本、低重稀土永磁材料的研究使用La\Ce等替代Nd,平衡利用稀土資源。3.粘結(jié)稀土永磁材料制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)粘結(jié)稀土永磁是稀土永磁行業(yè)的一個(gè)重要分支，與燒結(jié)磁體的比例大約為1:10。MQ磁粉壟斷（NdFeB各向同性）SmFeN磁粉NdFeB各向異性磁粉相同的價(jià)格，磁性能翻番稀土粘結(jié)永磁磁性能比MQ粉高20%耐腐蝕熱穩(wěn)定性好Sm替代Nd價(jià)格便宜4.高性能稀土永磁材料表面處理關(guān)鍵技術(shù)（1）釹鐵硼磁體基體耐蝕性研究。（2）燒結(jié)稀土永磁材料表面預(yù)處理技術(shù)。（3）燒結(jié)NdFeB永磁鍍層附著力、老化特性研究（4）降低電鍍、化學(xué)鍍污染的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)（5）新型表面防護(hù)技術(shù)的研發(fā)。5.

先進(jìn)熱壓釹鐵硼永磁材料及其規(guī)?；苽浼夹g(shù)6.高性能稀土永磁材料的溫度穩(wěn)定性和長(zhǎng)期服役特性稀土功能材料：稀土儲(chǔ)氫合金稀土儲(chǔ)氫合金產(chǎn)量/產(chǎn)值國(guó)內(nèi)國(guó)際

年份200020052009201020152020200020052009201020152020

產(chǎn)值3.5203540671003.28.510.612.11827

產(chǎn)能0.51.82.12.5581.534.04.26.510

產(chǎn)量0.121.31.82.234.50.72.533.34.35.2

需求0.51.11.51.72.63.40.71.92.42.63.54.4

進(jìn)出口產(chǎn)值：國(guó)內(nèi)（億元）、國(guó)際（億美元），其他（萬噸）中國(guó)占50％日本韓國(guó)占50％2010年全球儲(chǔ)氫合金產(chǎn)值分布2010年全球儲(chǔ)氫合金產(chǎn)量分布稀土儲(chǔ)氫合金產(chǎn)量/產(chǎn)值中國(guó)已超過世界總產(chǎn)量的60％日本韓國(guó)占40％儲(chǔ)氫材料生產(chǎn)主要為中日韓三國(guó)。日本質(zhì)量最好，中國(guó)產(chǎn)量最大。主要分布在8個(gè)省市自治區(qū)的10多家家企業(yè)，年產(chǎn)能2.5萬噸。國(guó)內(nèi)國(guó)際

年份200020052009201020152020200020052009201020152020

產(chǎn)值3.5203542671003.28.510.612.11827

產(chǎn)能0.51.833581.534.54.56.510

產(chǎn)量0.121.31.8234.50.72.533.34.35.2

需求0.51.11.51.72.63.40.71.92.42.63.54.4

產(chǎn)值：國(guó)內(nèi)（億元）、國(guó)際（億美元），其他（萬噸）產(chǎn)值、產(chǎn)能、產(chǎn)量、需求及進(jìn)出口情況1.大部分企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的熔鑄技術(shù)和設(shè)備，無法有效控制合金的微觀組織，產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和一致性有待提高；2.大電流充放電性能差，使用溫度窄等，不能滿足動(dòng)力型鎳氫電池的需求；3.低自放電儲(chǔ)氫合金方面的研究相對(duì)滯后，與國(guó)外尤其是三洋公司相比還存在很大的差距（循環(huán)壽命不到1000次,前六個(gè)月自放電率大于15%）。4.下游市場(chǎng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)節(jié)相對(duì)較弱。儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)與日本的主要差距1997年10月豐田汽車普銳斯prius問世，是世界上最早實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車。2010年9月，豐田汽車宣布其混合動(dòng)力汽車prius累計(jì)銷售突破200萬輛，未來每年銷售目標(biāo)為100萬輛。2010年，普銳斯在美國(guó)的銷量，占美國(guó)新能源汽車銷售總量的70%，市場(chǎng)滿意度高達(dá)90%。市場(chǎng)需求——混合動(dòng)力汽車表1日本電動(dòng)汽車發(fā)展預(yù)測(cè)

2010年2020年2030年2040年2050年EV萬輛0.366.8214.4286.3326.6

平均年增長(zhǎng)%

2216.722.13.41.4HEV萬輛33.7794.51176.61354.91446.6

平均年增長(zhǎng)%

225.84.81.50.7PHEV萬輛3131.3496693.9779.7

平均年增長(zhǎng)%

427.727.84.01.2根據(jù)美國(guó)能源部對(duì)每輛混合動(dòng)力車所使用鎳氫電池用量的評(píng)估（低度混合為4.96公斤，高度混合為6.29公斤），可以得到，混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)未來的需求，到2020年需求量為3.9至5.0萬噸，到2050年需求為7.2至9.1萬噸。市場(chǎng)需求——混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)需求——小型二次電池“十二五”期間鎳氫電池產(chǎn)量繼續(xù)保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2001年～2010年我國(guó)Ni-MH的產(chǎn)量和年增長(zhǎng)率儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向1.動(dòng)力汽車用稀土儲(chǔ)氫材料及動(dòng)力電池:完善寬溫區(qū)稀土負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能稀土儲(chǔ)氫材料產(chǎn)業(yè)化，延長(zhǎng)電池壽命、實(shí)現(xiàn)電池與整機(jī)結(jié)合及零部件配套及其在混合動(dòng)力（電動(dòng)