中国刚刚改革开放的时候流传的一句话:中国用一亿五千万件衬衫换一架波音747。时过境迁,中国的工业水平早已今非昔比,“衬衫”换“飞机”这样的案例基本已不适用。电信业、超级计算机、重型机械、特高压直流输电、高铁、激光制造等领域,中国已跨入世界领先行列。
成绩有目共睹,但差距依然存在,比方说先进材料方面。高档材料是制造业的核心要素,对我们整个国家的制造业是非常重要的。材料行业是一个需要技术沉淀和持续创新的行业,发达国家的工业技术已经沉积上百年,本文将带领大家看下哪些材料是我们的短板、哪些材料是发达国家藏着不想卖给我们的。
01碳纤维
概述
碳纤维是指碳的重量占90%以上的纤维状碳材料。碳纤维具有高比强度、高比模量、抗蠕变、导电、导热等特性,强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀,集优异的电学、热学和力学性能于一身。碳纤维一般与树脂基体制成复合材料使用,最初被广泛的用于航空航天,随后也成功应用于民用航空、土木建筑、体育器材、风电及汽车领域。
碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成的材料,就是碳纤维复合材料(CFRP)。高强型碳纤维主要用于机翼、机身等对强度有较高要求的航空航天结构部件;高模型碳纤维主要用于直升机旋翼、卫星和导弹壳体等对于强度要求稍低,对刚度有较高要求的航空航天结构部件。
事件
日警方曾以涉嫌非法出口管制商品的罪名逮捕3名日本人。碳纤维可用于制造武器,一定强度以上的碳纤维需要获得批准才能出口。近藤正二等3人涉嫌于2011年借道韩国,向中国出口总长数千米的碳纤维材料。这已经不是第一次因为所谓走私碳纤维而发生被捕事件了。
主要应用
碳纤维是最重要的无机高性能纤维,这点是由其材料本性、产业技术复杂性、应用领域重要性和市场规模性等因素决定的,其首个市场化应用是1972年市售的碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后,碳纤维应用快速向以航空航天器主结构材料为代表的高端化发展。碳纤维最主要的应用形式是作为树脂材料的增强体,所形成的碳纤维增强树脂(CFRP)具有优异的综合性能,其在导弹、空间平台和运载火箭,航空器,先进舰船,轨道交通车辆,电动汽车,卡车,风电叶片,燃料电池,电力电缆,压力容器,铀浓缩超高速离心机,特种管筒,公共基础设施,医疗和工业设备,体育休闲产品,以及时尚生活用具等多个领域,有着实际和潜在的应用。
全球企业
现在国际碳纤维材料市场,小丝束碳纤维技术目前被日本东丽、东邦和三菱等企业控制,市场占有率70%,大丝束碳纤维由美国卓尔泰克、德国西格里公司和日本东邦集团控制,市场占有率80%左右。中国碳纤维技术虽有突破,但差距仍然明显。
02聚酰亚胺
概述
聚酰亚胺(PI)是综合性能突出的有机高分子材料,被誉为“二十一世纪最有希望的工程塑料之一”。该材料的使用温度范围很广,能在-200~300℃的环境下长期工作,短时间耐受400℃以上的高温。同时,该材料还具有高绝缘强度、 耐溶、耐辐照、保温绝热、无毒、吸声降噪、易安装维护等特点。
聚酰亚胺薄膜(PI膜)是最早进入商业流通且用量最大的PI材料。2021年,全球 PI薄膜消费量1.63万吨,预计到2030年将达到2.9万吨,年均复合增长率达 6.5%,全球PI薄膜市场规模22.5亿美元。
事件
目前只有少数国家具备生产聚酰亚胺泡沫材料的能力,由于应用领域的特殊性,技术和产品都不对中国出口。
主要应用
当前,聚酰亚胺已广泛应用在航空航天、船舶制造、 半导体、电子工业、纳米材料、柔性显示、激光等领域。根据具体产品形式的不同,聚酰亚胺应用方向可以细分为PI泡沫、PI薄膜、PI纤维、PI基复合材料、PSPI等多种产品。其他PI产品应用大多局限于军事领域,尚未形成大规模商业化应用。聚酰亚胺纤维目前售价较高,目前主要以其独 特的低温适用性(胜任外太空-100℃以下温度环境)用于航空航天领域。
全球企业
全球PI技术集中在少数国家的少数公司中,技术严密封锁!
PI纤维产品:全球供应集中于奥地利赢创一家,俄罗斯也有少量军工产品,并不对外销售。
PI薄膜产品:PI薄膜行业呈寡头垄断,产能集中于美、日、韩。生产高性能PI膜对设备定制、制作工艺、技术人才等方面要求苛刻,再加上发达国家行业寡头对PI薄膜生产技术、生产工艺进行严格保护。目前这一领域呈现寡头垄断的竞争格局, 90%以上的市场份额掌握在美国、日本、韩国生产商的手中。杜邦(Dupont)、日本宇部兴产(Ube)、钟渊化学(Kaneka)、 日本三菱瓦斯 MGC、韩国PI尖端素材(原 SKPI)以及中国台湾地区达迈科技(Taimide)是当前全球聚酰亚胺薄膜的主要生产商。
PI工程塑料:全球供应集中于沙特基础化学公司和杜邦,高端产品由于应用领域的特殊性,技术和产品基本不对中国出口。
03钨合金
概述
钨合金是一类以钨为基(含钨量为85%~99%), 并添加有少量Ni、Cu、Fe、Co、Mo、Cr等元素组成的合金,其密度高达16.5~ 18.75g/cm³,与黄金相当,被世人通称为高比重合金、重合金或高密度钨合金。钨呈银白色,其熔点高达3400℃,是熔点最高的金属。钨的导电性较好,膨胀系数也较小,常温下比较稳定。
事件
稀土、钼钨等稀有资源均涉及武器、高科技制造,中国对那些以关系国家安全为由禁止向中国出口武器、高科技的国家,禁止出口稀土、钼钨等稀有资源。
主要应用
在国防领域中,钨最主要的应用是制造含钨合金钢。含钨结构钢是制造现代兵器的主要钢种,用于制造火炮炮管嘚含钨钢可有效克服其回火脆性倾向,提高钢的强度和淬透性,另外,钨是航空发动机用高温合金、火箭喷管等关键原料。目前研究中的电磁炮导弹轨均选择钨银或钨铜材料来制造。此外,含钨工具材料如高速钢、硬质合金也广泛用于武器和航空航天设备制造与加工。相关资料显示,在我国,钨的军工需求占钨需求量的11%,而美国军工用钨的需求占比更是达到了20%。
在工业上,钨主要用于硬质合金、钨材、钨化工和钨钢,被誉为“工业的牙齿”。
中国虽然钨储量丰富,全球绝大部分钨供应来自中国,但是高附加值的钨制品仍需从国外进口。
04贫铀
概述
贫铀(depleted uranium,DU)是铀浓缩加工成核燃料过程中的副产品,其定义是铀-235丰度低于0.711%的铀。贫铀是放射性重金属,可发射α、β和γ射线。贫铀的放射性主要由具有高线性能量转移( linear energy transfer,LET)能力的α,3粒子构成,其辐射强度是天然铀的40%,一般不引起外照射损伤。贫铀不仅具有放射毒性,更主要是具有化学(或称重金属)毒性。
事件
美国禁止出口资钿寺给中国,该被禁产品认为“可能增强中国军事实力”,国务部称该条例的出台是为了保障国家安全。
主要应用
贫铀弹:贫铀弹爆炸时,能产生6000度的高温,化学反应,穿透力极强,性能好于钨合金弹芯。多用来穿透坦克装甲和高防护建筑物。
贫铀装甲:贫铀在军事装备上用途最广的就是装甲车的防护装甲。
铀矿石储量国内外差距
按照铀矿石储量的保证程度排序,拥有超过150万吨地质储量的澳大利亚公司必和必拓首屈一指(占世界总储量的43%),拥有53.8万吨铀储量的俄罗斯公司APM3稳居第二C位(14%), 居第三位的是法国AREVA公司(约14%),紧随其后的是加拿大公司Cameco和哈萨克斯坦核工业公司。美国为世界第四大铀资源国和第八大铀生产国,尽管美国拥有丰富的铀矿资源,但对境内铀矿开发有着非常严格的规定。
05超高纯钛
概述
钛被认为是一种稀有金属,这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富,在所有元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石,广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎所有生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。
主要应用领域
超高纯钛被广泛应用于超大规模集成电路制造、高端新型钛合金等产业,对航空航天、国防建设起着至关重要的作用,市场价高达100万元/吨。
全球企业
美国霍尼韦尔、日本东邦 大阪钛业
06马氏体时效钢
概述
以无碳(或微碳)马氏体为基体的,时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。与传统高强度钢不同,它不用碳而靠金属间化合物的弥散析出来强化。这使其具有一些独特的性能:高强韧性,低硬化指数,良好成形性,简单的热处理工艺,时效时几乎不变形,以及很好的焊接性能。
主要应用领域
一些国家在马氏体时效钢的生产、进出口方面受到国际社会的密切监控。
1、马氏体时效钢用于制造铀浓缩用气体离心分离机,这利用了该钢种的极高强度、良好的加工性能以及优异的尺寸稳定性等特点,很少有其它材料能胜任这一用途。
2、马氏体时效钢其他方面的使用也极具特色。例如,供给伊朗马氏体时效钢就是一个存在争议的话题,因为伊朗在生产马氏体时效钢方面存在难度,而这对伊朗要进行大规模铀浓缩来说是一主要阻力。
3、马氏体时效钢还在火箭发动机壳体,导弹壳体捆绑带,导弹陀螺仪表内外挠性接头,铀浓缩用离心分离机的旋转筒,直升飞机起落架,水翼船支柱,高压容器,扭力转动轴,飞机用高强度齿轮, 高强度轴承,高压传感器,紧固件,弹簧,以及铝合金压件模和挤压模,精密模具等方面获得广泛的应用。
全球企业
国际镍公司(INCO),钨钒高速工具钢公司(Vasco)等。
07含氟化合物
概述
氟化物指含氟的有机或无机化合物。氟可与除He、Ne和Ar外的所有元素形成二元化合物。在军用尖端材料中,含氟材料占近一半(由于其独特优异的稳定性和其它物理特性);作为氟化工产业的重要产品,含氟新材料在空间探索、卫星通信、信息革命、半导体材料加工、新能源电池隔膜等领域应用广泛,是首选且不可替代的基础材料。
主要应用领域
我国在氟化工与含氟新材料方面与欧、美、日已形成四足鼎立之势,但与发达国家在品种、应用、研发和规模上还有巨大差距,许多国内发展急需的含氟新材料项目还有待加快开发和建设。国内含氟聚合物技术和产品比国外要落后十几年,还没有突破发达国家在1980年前的水平。国内产品多占据着全球含氟聚合物的低端市场。长期以来,我国的含氟新材料一直处于功能性和价值链的低端,高附加值的下游产品依赖进口,应用研发不足。
全球企业
美国AP公司、普拉塞尔技术有限公司;日本的关东电化公司、三井化学公司等。
08金属磁性材料
概述
具有铁磁性能的贵金属材料。主要包括铂钴合金、铂铁合金、铂锰合金、铂镍合金等。铁镍钼材料在国内军工领域应用最为广泛。钼被俗称为“战争金属”。原因很简单:把钼加到钢里,钢的强度、韧性以及耐高温、抗腐蚀的本领都会得到很大的提高。
主要应用领域
钼是重要的战略物资,全世界大部分的钼仍被用来制造枪炮、装甲车、坦克等战争武器。并且随着时代的进步,钼还被广泛应用于航空航天、核工业等国防军工领域。钼主要用于制造金属材料和新能源开发研究领域,产品主要应用于航天、国防、稀土冶炼、磁性材料、电光源、电子元器件、化工设备、医疗器械、冶金机械、熔炼设备、石油等行业。在军工上,美国磁性材料公司要占有60%以上市场;工业上韩国企业占了70%的市场。
全球企业
日立金属;美磁公司(MAGNETICS)
09磷酸三丁酯
概述
磷酸三丁酯是一种有机化合物,是一种无色、几乎是无臭的液体。主要用作溶剂,还常作为硝基纤维素、醋酸纤维素、氯化橡胶和聚氯乙烯的增塑剂,稀有金属的萃取剂等,热交换介质。由于其低的表面张力,微溶于水的物性,可作为工业用消泡剂,有效的使已形成的泡沫的膜处于不稳定的状态而迅速消泡。不能用于食品/化妆品。
主要应用领域
在铀纯化研究和工业中。除日本、阿根廷采用胺类萃取纯化,美国的麦楚玻利斯采用干法纯化外,西方各国普遍采用对高浓度铀的TBP萃取工艺。高浓度铀TBP溶剂萃取就是以铀化学浓缩物为原料,通过TBP溶剂萃取纯化,生产核电纯的UO2。即首先以铀化学浓缩物为原料,制备出高浓度铀溶液,然后用TBP萃取,负载有机相经洗涤后,采用稀酸反萃取,获得高纯度硝酸铀酰溶液,再经沉淀、碳酸铵转型结晶、煅烧、还原等工序,最终制得核电纯UO2。
10陶瓷基复合材料
概述
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,而其致命的弱点是具有脆性,处于应力状态时,会产生裂纹,甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合,则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展,从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
主要应用领域
陶瓷基复合材料已用作液体火箭发动机喷管、导弹天线罩、航天飞机鼻锥、飞机刹车盘和高档汽车刹车盘等,成为高技术新材料的一个重要分支。
全球企业
航空航天复合材料的主要全球生产商有:通用电气公司(美国) ,劳斯莱斯股份有限公司(美国),西格里集团(德国),COI陶瓷(美国) ,联合科技(美国),CeramTec(德国),三菱(美国),CoorsTek(美国),Applied Thin Films(美国) ,Ultramet (美国)等。
材料,尤其是高精尖材料,需要技术沉淀和持续创新才能领跑。客观的来讲,发达国家的工业技术已经沉积上百年,不如国外很正常,需要我们材料人共同努力。哪些高精尖材料是我们国家领先的?哪些材料是国外限制出口到我国的?欢迎留言补充!让更多的人知道,并明确差距,不断攻关,才能迎头赶上甚至引领全球!
审核编辑 :李倩
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原文标题:关注中国材料崛起“卡脖子”点:10大发达国家限制出口材料汇总及形势解析!
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