干勇：新材料是制造强国三大基础要素之一

在第二十届中国科协年会上，中国金属学会理事长、中国工程院院士干勇作了《制造业强国的三大基础要素—新型信息技术、新材料和技术创新体系》主旨报告。他指出，新型信息技术、新材料和技术创新体系是制造强国三大基础要素。以下节选干勇报告中关于新材料的论述。

中国金属学会理事长、中国工程院院士

很高兴和大家来交流一下制造业强国的三大基础要素，新型信息技术、新材料、技术创新体系，这是每个领域都必须具备的支撑条件。中国制造2025是中国制造业的强国战略，由中国工程院和工信部在国家层面共同发布的方针战略，我们坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，用网络化、数字化、智能化抢占重要领域的先机。

分三阶段，第一阶段2025基本进入德国、日本第二方阵，2035年从这个方阵出来，到2050年和美国可以并驾齐驱。中国制造2025的九大任务、10大重点领域和5项重大工程里面，我们最后凝练出来三大基础要素。大家看10个重点领域可以分为四个方面：一是新一代信息技术，新型信息技术基础要素，我们在五个领域统计一下网络与通信、先进计算、虚拟现实与数字媒体、信息安全、微电子与光电子，我们在和国际比较领跑、并跑、跟跑占的比例，在微电子与光电子领域，我们领跑只有5%，将近70%是跟在人家后面，而且差距很大。另一个是新材料，这是基础要素，高端装备占七个领域，高端装备里包括高端数控机床、机器人、航空航天装备、海洋工程和高技术船舶、先进轨道交通、新能源汽车、智能电网、数控机床等。

新材料：

这次发现中美摩擦，封锁中兴通讯除了元器件之外关键是材料，高端材料是重大工程成功的保障，突破封锁和高质量发展需要强大的新材料支撑，我们了解到2030年，我们需要的材料的一些重要材料情况，大尺寸的硅片每年要达到40亿平方英寸，第三代半导体先进半导体抛光光片要达到7.5亿片，三代半导体材料外延芯片又需要6亿平方英寸，特别是显示面板每年3.5亿平方米，包括现在我们有14条8.5代一级面板和10代最高级的面板，但是还是需要大量新型的显示技术。

另外发展航空大飞机需要高温的合金材料，我们的燃煤技术将近8亿千瓦的装机容量，现在600度超超临界的改造只有2亿千瓦，我们还有大量的改造任务，需要几千万的耐热合金和耐热钢，包括高端轴承、齿轮、液压、模具，包括海洋的各种耐蚀合金，深海开采，包括海水淡化的膜材料，特种塑料在现代制造业核心元器件的应用非常重要，这些红色的字都是美国封锁的重点。

我们新材料用的很多，基础支撑变成13类，我们选择其中几类作为国家重大科技项目。一是高端装备的特种合金，在海洋装备、高铁、飞机和高档汽车的重大装备里，比如说发电，如果我们的蒸汽温度到600度到700度，每度电的煤耗将从330个标煤降到210克，我们每年40亿吨煤一半以上在发电，每度电降1克标煤，节能效果就非常好。必须把700度的耐蚀合金、耐热合金攻下来。而且中国虽然晚了20年，但是现在我们在汽轮机大型船只上走在了全世界的前面，包括压水碓核电站的核能材料，包括深海油气的采钻技术各种材料，1400米以下我们很多材料高端空白、低端不能用，连标准都没有。高磁感能源硅钢，非晶合金，在非金材料上我们已经有24条线，把日本日立挤出了中国，非晶合金每秒钟要冷却100万度，金属玻璃，每公斤只有0.16瓦的铁水，在配电变压器里可以大量的降低损耗70%以上，是非常好的节能材料。

航空发动机代表一个国家的工业水平，航空发动机的难度难在材料和高温合金上，新一代的涡轮盘制备技术使我们国家的高温合金性能得到提高。先进的钛合金材料、镁合金、铝合金的应用将使我们大大的节能，而且获得更高的性能。钛合金是一个最好的海洋材料和航空航天材料，性能优良，中国的钛储量全世界第一，我们也开发了很多钛合金，应用没有上去，全国只用了5万吨，徘徊了近15年。这是镁合金，比重只有1.7很轻，所以如果进入汽车，可以大量的减重。

特别是在飞机上，如果用镁合金代替铝合金可以使飞机的减重达到数吨以上，镁合金有一个缺点是高温自燃，但是中国已经解决了这个问题，上海交通大学在镁合金里加入重离子系统，这是中国特有的，是850度镁合金燃烧，美国联邦航空管理局FAA计划年内取消商业飞机用镁的禁令，并且和上海交大谈判，镁合金有望在航空当中应用。

铝加温技术大断面的复杂铝合金型材，中国在技术上取得全面突破，新一代飞机大型整体式结构件，在铝合金上得到提升。先进的轻合金将是我们重大的中国高端装备应用下一代的高端材料。新型高分子材料还包括高性能碳纤维，碳纤维的应用是结构材料的革命。美国787飞机，52%是用碳纤维，大大减重，材料性能高、耐腐蚀、安全，所以交通、海洋、建筑工程、能源战略新材料需要的碳纤维量将会很大。但是现在我们只有2万多吨碳纤维产能，反而过剩，全行业处于亏损边缘。目前我们在工艺装备和技术上全面突破，成本逼近了日本东立。

稀土的作用。每个领域特别是国防领域大量应用于稀土工程材料。爱国者导航之所以能精准拦截，得益于稀土工程材料的应用，“猛禽”战斗机能够实现超音速的巡航功能，依赖于强大的稀土永磁发动机。精制导武器和武器平台的惯性导航和制导需要稀土工程材料，高静安潜艇需要用稀土永磁电驱动动力系统。雷达、微波通讯、电子战系统需要我们的永磁行波管、磁控管。卫星、飞船姿态轨道调控和空间探测推进器要利用稀土材料。先进战机用的多电发动机要用高温永磁体大功率内置式启动发动机。所以，在整个新能源、机器人数控机床、稀土功能材料大量应用，汽车上利用了100多种稀土的材料，催化、除清、发光、永磁。而且稀土永磁的伺服小型电机成了关键，一个机器人面部表情，一个表情需要24个小型的稀土永磁伺服电机，而数控机床也需要大量的永磁伺服电机。

我们看看这些年工业技术创新的方向，最早是蒸汽机，都是动力体系。第二是电气化。第三是液压体系。第四是光功能。现在我们认为下一个创新热点将是磁。产业升级永磁科技，产业升级，永磁发动机、永磁齿轮、永磁轴承、永磁悬浮将会起来，将会成为新型节能磁动力系统。市场力量巨大，这是一个新型的万亿产业。永磁调速体系已经变了，不用传统的减速体系，永磁自动体系在30层楼高，如果电梯出现故障掉到地面，如果在导轨加上永磁，一杯水在地上都不会荡出一滴来，非常稳定，可以永保安全。永磁齿轮，加上齿轮以后没有磨损，不需要润滑，寿命大大增加。可以可以来巨大的产业集群，应该列入国家重大专项，微电子、光电子材料，新型显示第三代半导体，包括印刷与激光显示是第三代现实技术，中国必须要突破，我们印刷显示材料已经走在全世界前列。激光显示，特别是绿光上，我们有蓝光、红光半导体，所以激光显示和印刷显示将是下一阶段的所要显示的技术。

大功率激光材料与器件，包括新型激光材料与器件不断问世。高端光电子和微电子和国外差距巨大，但是在第三代半导体，我们和国外仅差三到五年的时间，特别是LED、光电器件上，我们有的地方领先国际。

大力发展三代半导体特别是在光电器件、功率器件和通信微波器件将起到巨大作用。绿色能源材料，我们不讲动力电磁，我们就讲现在部分发达国家计划2040年到2050年实现氢能社会。中国社科院主席徐匡迪10年前认为，21世纪中国将进入氢能时代。

燃料电池，将是氢能时代的一个重要的代表，我们燃料电池全面启动，在车上的工程化应用在某种程度上是一个终极目标零污染，现在整个技术在中国已经开始启动，而且达到很高的水平。包括前沿的膜材料、智能仿生材料、石墨烯材料等等。

3D打印金属粉末的各种材料体系也正在进行完善。新一代生物医药材料包括材料基因组工程，主要是在智能化设计新材料，材料基因组工程。基本概念是降低研发成本，新材料研究周期长，投入大，要降低研发周期缩短一半，降低成本一变，利用高通量的计算方法，高通量的试验方法，材料大数据的技术来设计新一代的新材料。