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1、钢铁研究总院 赵栋梁,特种金属功能材料国内外 发展现状与趋势,主 要 内 容,一、功能材料简介 二、功能材料产业现状和发展趋势,功能材料,材料划分为两大类：结构材料和功能材料,具有特殊物理、化学和生物性能的材料,信息、生物、能源及先进制造等高新技术领域和国防建设的重要基础材料,集中体现了材料科学涉及物理学、化学、数学、力学、光学、信息科学、生物学、医学、微机械学、微加工学等多学科领域的特征,大量的材料科学基础问题和材料技术基础问题急待解决,高技术产业群，广阔的潜在市场、极为重要的战略意义,功能材料发展趋势,高性能化、多功能化、复合化、智能化和低成本化方向发展。,三维体材料向低维材料发展,多学科
2、交叉,宏观向微观纳米发展,传统材料向人工设计材料,主要特点 功能特殊、性能优异、不可取代 知识密集、技术密集、属高新科技材料，难度大，保密性强。 品种规格多、形状差异大、尺寸精度高。 单件用量少、生产规模小，产品价格较贵，经济效益和社会效益好。 发展迅速，更新换代快。,功能材料,作用和地位： 功能材料在信息时代起到基础和核心作用。 是现代国防的坚强后盾，是决定武器装备是否先进的基础，是决胜的关键因素之一 是国民经济水平的反映，是国民经济收入的主要成分之一。 应用广泛、在许多现代装备系统中，起着大脑、心脏和经络传输等功能。,功能材料,功能材料,功能材料结构化结构材料功能化 结构功能一体化,功能材
3、料分类： 精密合金：软磁、永磁、弹性、膨胀、热双金属、电阻合金 新型功能材料：能源储存与转换材料、超导材料、半导体材料、,金属功能材料,磁性材料,软磁材料,永磁材料,半硬磁材料,特种磁性材料,金属软磁材料,软磁铁氧体,永磁铁氧体,稀土永磁,铝镍钴等,磁致伸缩材料,磁阻抗材料,磁光材料,电工钢 电磁纯铁 铁镍合金 非晶微晶合金 特种软磁合金,功能材料的应用状况,产业现状及发展趋势,产业现状： 1.产业体系初步建立 形成了研发、设计、生产和应用，品种和门类较为齐全的产业体系 2.产业规模不断壮大 “十五”、“十一五”期间，产业发展迅速，部分材料产能居世界前列 3.部分关键技术取得重大突破 非晶合金
4、、取向硅钢等达到或接近国际水平 4.创新能力弱、保障能力差,产业现状及发展趋势,发展趋势： 1.新技术的融合： 纳米技术、生物技术、信息技术等与新材料技术的融合 2.结构与功能一体化 3.功能材料智能化,4.战略性新型产业需求 节能环保、信息技术、装备制造、新能源,规划,决定中关于新材料产业的论述,积极发展高品质特殊钢、新型合金材料、工程塑料等先进结构材料,大力发展稀土功能材料、高性能膜材料、特种玻璃、功能陶瓷、半导体照明材料等新型功能材料,提升碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维及其复合材料发展水平,发展重点,特种功能材料： 1.稀土金属功能材料： 提高性能、扩大高端应用、增加产品
5、附加值，发挥资源优势，壮大产业规 模。大力发展稀土永磁、发光、储氢、催化、抛光材料产业。 2.稀有金属材料： 高纯稀有金属靶材、钨钼、铼等及合金制品，硬质合金、原子能级锆材等 3.半导体材料： 高纯度、大尺寸、低缺陷、高性能、低成本。电子级多晶硅、大尺寸单晶 硅、抛光片、外延片等材料，开发GaN、GaAs、SiC、InP等半导体， CuInGaSn、CuInS、CdTe等光伏薄膜材料 4.其它功能材料： 高磁感取向硅钢、铁基非晶合金带材、超细超纯铜合金 5.关键装备,重大工程（专项工程）,1.高强轻型合金材料专项工程 2.高性能钢铁材料专项工程 3.稀土及稀有金属功能材料专项工程 4.碳纤维低
6、成本化与高端创新示范工程 5.高性能膜材料专项工程 6.先进电池材料专项工程 7.新型节能绿色建材示范应用专项工程 8.电子信息功能材料专项工程 9.生物医用材料专项工程 10.新材料创新能力建设专项工程,一、稀土功能材料,稀土在新材料中的应用,发达国家：将稀土列为重要战略资源 稀土新材料研究和相关应用产业作为重点发展领域,稀土功能材料,新材料应用比例已上升到应用总量的53， 新材料应用中的64为稀土永磁，9%为稀土储氢合金 稀土永磁材料已成为稀土应用领域中发展最快和最大的产业。,稀土材料产业状况分析,稀土功能材料：稀土永磁,从产值上来说， 中国占64， 日本占34， 欧美2。,2010年全球
7、NdFeB磁体产值分布图,2010年全球NdFeB磁体产量分布图,NdFeB磁体产量/产值分布图,中国已超过世界总产量的83 日本占16 欧美不到1,我国钕铁硼产品结构,日本钕铁硼产品结构,钕铁硼产品结构,NdFeB产业存在的问题,1.专利许可 2.产业分散 3.缺乏向元器件和整机一体化发展 4.高端产品占有率较低，仅为37%左右，而日本几乎全部为高端产品；我国生产的磁体磁能积+矫顽力在56-65之间，在耐高温及超高矫顽力NdFeB磁体（磁能积+矫顽力70）的产业化生产上仍存在一定差距。在高技术领域对永磁材料提出更为全面的技术指标要求。,我国烧结NdFeB研发和产业回顾,“十五”、“十一五”期
8、间，在“863”等国家项目的支持下，我国高性能烧结钕铁硼的研发及产业化取得了一系列可喜的进步。,重点解决 产业化各环节关键技术 产业化技术装备和工艺,提升了 稀土永磁产品档次 国家稀土永磁产业的国际竞争力,掌握N55系列高档烧结钕铁硼磁体制备技术,解决了千吨级高性能钕铁硼永磁生产线中存在的共性问题，提升了我国烧结钕铁硼产业水平。,三、稀土永磁产业技术发展方向,根据国家战略规划和重大工程 对稀土永磁材料提出新的需求,重点集中在以下六个方面,1.超高磁能积、超高矫顽力烧结钕铁硼磁体的研制,性能提高10%,节约原材料20%,NdFeB主要指标与理论指标对比,Hcj+(BH)max70,低重稀土混合稀
9、土,2. 低成本、低重稀土永磁材料的研究,使用LaCe等替代Nd, 平衡利用稀土资源。,3. 粘结稀土永磁材料制备与应用关键技术,粘结稀土永磁是稀土永磁行业的一个重要分支， 与烧结磁体的比例大约为1:10。,MQ磁粉垄断 （NdFeB各向同性）,SmFeN磁粉,NdFeB各向异性磁粉,相同的价格，磁性能翻番,稀土粘结永磁,磁性能比MQ粉高20% 耐腐蚀 热稳定性好 Sm替代Nd价格便宜,4. 高性能稀土永磁材料表面处理关键技术,（1）钕铁硼磁体基体耐蚀性研究。 （2）烧结稀土永磁材料表面预处理技术。 （3）烧结NdFeB永磁镀层附着力、老化特性研究 （4）降低电镀、化学镀污染的产业关键技术 （
10、5）新型表面防护技术的研发。,5. 先进热压钕铁硼永磁材料及其规模化制备技术,6.高性能稀土永磁材料的温度稳定性和长期服役特性,稀土功能材料：稀土储氢合金,稀土储氢合金产量/产值,产值：国内（亿元）、国际（亿美元），其他（万吨）,中国占50 日本韩国占50,2010年全球储氢合金产值分布,2010年全球储氢合金产量分布,稀土储氢合金产量/产值,中国已超过世界总产量的60 日本韩国占40,储氢材料生产主要为中日韩三国。日本质量最好，中国产量最大。主要分布在8个省市自治区的10多家家企业，年产能2.5万吨。,产值：国内（亿元）、国际（亿美元），其他（万吨）,产值、产能、产量、需求及进出口情况,1.
11、大部分企业仍采用传统的熔铸技术和设备，无法有效控制合金的微观组织，产品性能稳定性和一致性有待提高； 2. 大电流充放电性能差，使用温度窄等，不能满足动力型镍氢电池的需求； 3. 低自放电储氢合金方面的研究相对滞后，与国外尤其是三洋公司相比还存在很大的差距（循环寿命不到1000次,前六个月自放电率大于15%）。 4. 下游市场的应用开发环节相对较弱。,储氢产业与日本的主要差距,1997年10月丰田汽车普锐斯prius问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车。 2010年9月，丰田汽车宣布其混合动力汽车prius累计销售突破200万辆，未来每年销售目标为100万辆。2010年，普锐斯在美国的销
12、量，占美国新能源汽车销售总量的70%，市场满意度高达90%。,市场需求混合动力汽车,根据美国能源部对每辆混合动力车所使用镍氢电池用量的评估（低度混合为4.96公斤，高度混合为6.29公斤），可以得到，混合动力汽车市场未来的需求，到2020年需求量为3.9至5.0万吨，到2050年需求为7.2至9.1万吨。,市场需求混合动力汽车,市场需求小型二次电池,“十二五”期间镍氢电池产量继续保持增长的趋势。,2001年2010年我国Ni-MH的产量和年增长率,储氢产业发展方向,1.动力汽车用稀土储氢材料及动力电池: 完善宽温区稀土负极材料产业化技术，实现高性能稀土储氢材料产业化，延长电池寿命、实现电池与整机结合及零部件配套及其在混合动力（电动）汽车中的应用； 2.低自放电、低成本稀土储氢材料及器件产业化；,系统研究高性能稀土材料制备过程中各环节的关键技术，实现各主要环节工艺的集成优化，不断提高产品性能，提升产业水平和国际竞争力。 加强稀土材料前沿技术及工程化应用技术开发,建立和完善我国稀土材料科技创新体系，推进我国稀土产业相关专利和标准体系的建立。 加强下游产业的技术开发，提升高端应用水平，正真形成具有我国资源优势的高科技产业链。 避免稀土价格大幅波动，既要重视上游，也要关注下游，保证稀土产业链健康持续发展，这也关系到我国稀土产业的前途和其在全球的地位。,思考与建议,谢谢！,