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。