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    13

    2023

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    09

    制造強國,材料先行

    作者:


    材料產業是國民經濟的基礎,具有舉足輕重的地位。隨著我國國力和國家地位的提高,南海石油的開采,以及國防、海洋開發、航空航天、先進軌道交通、核電和平利用等大型工程的建設均急需高溫合金、高性能碳纖維等核心關鍵材料。

    材料產業是國民經濟的基礎,具有舉足輕重的地位。隨著我國國力和國家地位的提高,南海石油的開采,以及國防、海洋開發、航空航天、先進軌道交通、核電和平利用等大型工程的建設均急需高溫合金、高性能碳纖維等核心關鍵材料。

    在國民經濟需求的百余種關鍵材料中,約三分之一國內完全空白,約一半性能穩定性較差,部分產品受到國外嚴密控制,突破受制于人的關鍵戰略材料,具有十分重要的戰略意義。高端新材料是重大工程成功的保障,需要高端新材料核心技術全面突破時代已經到來。我國的關鍵工程戰略材料轉移高端、加大國產化比重迫在眉睫。
    關鍵戰略材料的發展重點主要有高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及復合材料、新型能源材料、新一代生物醫用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料、顯示材料等。

    “卡脖子”重災區

     

    關鍵戰略材料主要包括高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及其復合材料、新型能源材料、電子陶瓷和人工晶體、生物醫用材料、稀土功能材料、先進半導體材料、新型顯示材料等高性能新材料,是實現戰略新興產業創新驅動發展戰略的重要物質基礎,且關鍵戰略材料是支撐和保障海洋工程、軌道交通、艦船車輛、核電、航空發動機、航天裝備等領域高端應用的關鍵核心材料,也是實施智能制造、新能源、電動汽車、智能電網、環境治理、醫療衛生、新一代信息技術和國防尖端技術等重大戰略需要的關鍵保障材。
    但我國部分核心關鍵戰略材料受制于人,約50%關鍵戰略材料性能穩定性較差,使高端制造面臨“無材可用”和“有材不敢用”困境。2019年工業和信息化部的調研顯示,130多種關鍵戰略材料中,中國有32%處于空白、52%依賴進口,存在巨大的國產化替代空間。

    《科技日報》曾從2018年4月起陸續報道的中國當時尚未掌握的35項關鍵技術中,近50%與關鍵戰略材料相關。關鍵材料依賴進口導致中國制造企業被鎖定在全球制造業產業鏈與價值鏈中低端。關鍵戰略材料“卡脖子”,已成為中國制造業轉型升級的突出短板。

    近年來,國際形勢變化給中國關鍵戰略材料技術創新乃至智造強國戰略實施帶來了嚴峻的挑戰。實現關鍵戰略材料的國產化替代,不僅是緩解技術斷供風險和保障供應鏈安全可控的重要手段,更是突破“卡脖子”瓶頸、實現經濟高質量發展和塑造國際競爭新優勢的必然選擇。加速中國關鍵戰略材料的國產化替代進程時不我待。


    發展瓶頸突破困難

    相較于其他產業,關鍵戰略材料產業國產化替代具有“長研發周期、高投入”“長驗證周期、高難度”“長應用周期、高門檻”的突出特點。關鍵戰略材料產業自身具有5大典型特征,這些特征使得我國現階段該各行業面臨瓶頸問題。

    第一,原創性基礎研究能力是核心壁壘。新材料是科學規律與物質世界之間的橋梁,物理和化學領域的重大發現(很多是諾獎級的發現)直接或間接推動新材料技術發展。因此,美國、日本和西歐等基礎科研強國在關鍵戰略材料領域獲得了大量原創性突破,并在全球構建專利壁壘,占領產業價值鏈的頂端。
    而且我國研發投入分配失調,多用于應用技術的研發,基礎研究研發投入占比低,導致關鍵核心技術攻關后勁不足。另外,基礎研究與工業生產結合黏度低,限制了研究成果的轉化,導致原始創新能力不足。

    第二,研發和商業化投入巨大。材料行業屬于典型的重資產產業,其研發、生產需大量專用設備投入,設備不斷更新產生高折舊率及相應維護費用。更重要的原因是,其研發和商業化應用的不確定性相較于其他新興產業更高,研發和商業化開銷更大。根據Nature Material報道,在研發開銷上,新材料企業分別是生物和軟件企業的2倍和6倍;在商業化開銷上,新材料企業是軟件企業的50倍。

    第三,研發試驗過程復雜導致工程化產業化周期漫長。材料最終進入市場投入使用包括理論層面突破及應用層面反復驗證,需經歷多環節多周期方可正式投入應用;即使通過理論實驗或示范生產階段,仍存在極大可能性因設備、工藝等因素無法進入大規模生產階段。關鍵戰略材料從研發到應用周期往往長達10-20年,產業的長周期性導致中國關鍵戰略材料的某些技術雖然實現了突破,但在短期內難以轉化為進入市場的國產化替代產品。

    第四,材料創新需要基礎設備和技術協同支撐。材料從基礎技術變為創新產品,需要包括設備技術、工藝技術、量產技術、應用技術、測量技術及表征技術在內的多種基礎技術的高度支撐。比如,我國目前已突破超高純稀土金屬制備技術,但離實現產業化、保障集成電路等電子信息產業發展還有很長距離,很大程度上原因在于共性關鍵技術研發和中試平臺的缺失,限制了已有研發能力向市場產品的應用轉化力。
    第五,材料應用擴散依存于下游場景需求。作為典型產業間共性技術,材料技術開發需滿足各種應用需求,需要配合應用場景改進,下游應用中需求的變化影響著材料創新的生死存亡,因此,特別需要材料開發與下游應用企業間的“共生共融、協同發展”。例如,稀土永磁材料生產企業和應用端的電機企業間缺乏有效協作,導致磁性材料性能難以滿足電機不同場景的設計需求,阻礙產品的應用和國產化替代進程;新型顯示材料缺乏從材料、器件、終端到最終應用的全產業鏈創新生態體系,產品難以單兵突破。


    九大領域破局

    2016年7月,國務院印發《“十三五”國家科技創新規劃》,面向2030年,再選擇一批體現國家戰略意圖的重大科技項目,其中提到重點新材料研發及應用,重點研制碳纖維及其復合材料、高溫合金、先進半導體材料、新型顯示及其材料、高端裝備用特種合金、稀土新材料、軍用新材料等,突破是制備、評價、應用等核心關鍵技術。

    2017年2月,《新材料產業發展指南》提出,要緊緊圍繞新一代信息技術產業、高端裝備制造業等重大需求,以耐高溫及耐蝕合金、高強輕型合金等高端裝備用特種合金,反滲透膜、全氟離子交換膜等高性能分離膜材料,高性能碳纖維、芳綸纖維等高性能纖維及復合材料,高性能永磁、高效發光、高端催化等稀土功能材料,寬禁帶半導體材料和新型顯示材料,以及新型能源材料、生物醫用材料等為重點,突破材料及器件的技術關和市場關,完善原輔料配套體系,提高材料成品率和性能穩定性,實現產業化和規模應用。

    《中國制造2025》重點領域技術路線路進一步明確了高端裝備用特種合金、高性能分離膜材料、高性能纖維及復合材料、新型能源材料、新一代生物醫用材料、電子陶瓷和人工晶體、稀土功能材料、先進半導體材料、顯示材料等九大領域的重點發展方向。

    1.高端裝備用特種合金

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    2.高性能分離膜材料

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    3.高性能纖維及復合材料

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    4.新型能源材料

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    5.新一代生物醫用材料

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    6.電子陶瓷和人工晶體

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    7.稀土功能材料

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    8.先進半導體材料

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    9.顯示材料

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    2021年3月發布的“十四五”規劃第八章“深入實施制造強國戰略”提出,依托行業龍頭企業,加大重要產品和關鍵核心技術攻關力度,加快工程化產業化突破。實施重大技術裝備攻關工程,完善激勵和風險補償機制,推動首臺(套)裝備、首批次材料、首版次軟件示范應用。健全產業基礎支撐體系,在重點領域布局一批國家制造業創新中心,完善國家質量基礎設施,建設生產應用示范平臺和標準計量、認證認可、檢驗檢測、試驗驗證等產業技術基礎公共服務平臺,完善技術、工藝等工業基礎數據庫。

    強化要素保障和高效服務,鞏固拓展減稅降費成果,降低企業生產經營成本,提升制造業根植性和競爭力。推動工業用地提容增效,推廣新型產業用地模式。擴大制造業中長期貸款、信用貸款規模,增加技改貸款,推動股權投資、債券融資等向制造業傾斜。允許制造業企業全部參與電力市場化交易,規范和降低港口航運、公路鐵路運輸等物流收費,全面清理規范涉企收費。建立制造業重大項目全周期服務機制和企業家參與涉企政策制定制度,支持建設中小企業信息、技術、進出口和數字化轉型綜合性服務平臺。

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    2021年12月,工信部發布《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2021年版)》,其中共提到高性能纖維及復合材料、稀土功能材料、先進半導體材料和新型顯示材料、新型能源材料、生物醫用及高性能醫療器械用材料等五大類107種關鍵戰略材料。

    2021年12月,工信部、科技部、自然資源部發布《“十四五”原材料工業發展規劃》。其中提到,堅持材料先行和需求牽引并重,聚焦國防建設、民生短板和制造強國建設重大需求,滾動制定關鍵材料產品目錄,制定發布技術路線圖。實施關鍵短板材料攻關行動,采用“揭榜掛帥”“賽馬”等方式,支持材料生產、應用企業聯合科研單位,開展寬禁帶半導體及顯示材料、集成電路關鍵材料、生物基材料、碳基材料、生物醫用材料等協同攻關。實施大宗基礎材料鞏固提升行動,引導企業在優化生產工藝的基礎上,利用工業互聯網等新一代信息技術,提升先進制造基礎零部件用鋼、高強鋁合金、稀有稀貴金屬材料、特種工程塑料、高性能膜材料、纖維新材料、復合材料等綜合競爭力。實施前沿材料前瞻布局行動,支持科研單位聯合企業,把握新材料技術與信息技術、納米技術、智能技術等融合發展趨勢,發展超導材料、智能仿生、增材制造材料等,推動新的主干材料體系化發展,強化應用領域的支持和引導。實施材料基因工程計劃,探索材料研發新模式的試點應用。

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    貫徹國家區域重大戰略、區域協調發展戰略、主體功能區戰略,依據國土空間規劃,推動原材料工業空間布局調整優化,聚焦產業基礎好、比較優勢突出、技術領先的行業細分領域或重點產品,發揮產業鏈龍頭企業引領帶頭作用,推動要素聚集和價值提升,強化專業化協作和配套能力,打造一批石化化工、鋼鐵、有色金屬、稀土、綠色建材、新材料產業集群。

    做大做強龍頭企業,堅持市場主導和政府推動相結合,清除跨地區兼并重組障礙,清理市場分割、地區封鎖等限制,協調解決企業跨地區兼并重組重大問題,支持企業加快跨區域、跨所有制兼并重組,提高產業集中度,開展國際化經營。在石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等行業,培育一批具有生態主導力和核心競爭力的產業鏈領航企業,做強做大稀土企業集團,鼓勵稀有金屬企業加快整合。完善行業規范管理,促進市場要素向優勢企業集中。鼓勵金融機構按照風險可控、商業可持續原則,向實施兼并重組、轉型升級的原材料企業提供綜合性金融服務。

    培育壯大中小企業,提高原材料行業中小企業創新能力和專業化水平,鼓勵龍頭企業將配套中小企業納入共同的產業鏈管理、質量管理、標準管理、合作研發管理等,建立穩定的供應、生產、銷售等協作配套關系,實現大中小企業融通發展。重點圍繞原材料產業鏈先進基礎工藝、核心基礎零部件等方面,培育一批專精特新“小巨人”企業、制造業單項冠軍企業。

    加強上下游銜接聯動。原材料企業加強與上下游企業協同共生、耦合發展,向生產零部件、部品化延伸,向提供一體化的材料系統化解決方案轉變。采用研發早期介入、后期持續改進的合作模式,推動商業模式創新和業態創新,促進生產型制造向服務型制造轉變。支持行業協會搭建供需銜接平臺。建立健全航空材料、重型燃氣輪機材料、集成電路材料、新能源汽車驅動電機用稀土永磁材料、生物醫用材料、建筑用熱軋型鋼等上下游合作機制。發揮龍頭企業對新材料創新應用帶動作用。支持第三方機構組織開展重點材料“一條龍”應用示范推進工作。

    來源:科技日報、贛州科技等

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