《中国制造2025》涉及关键材料大解析(上)

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。为了推进中国制造历史性的转变，国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》，对我国制造业转型升级和跨越开展作了整体部署。《中国制造2025》围绕经济社会开展和国家平安重大需求，选择十大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年到达国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。材料作为国民经济和社会开展的根底，是支撑国家重大工程建设，促进传统转型升级，构建国际竞争新优势的重要保障。此前，新材料在线用68页PPT详细介绍了《中国制造2025》新材料领域技术路线图，本文将从材料和产业链的角度对《中国制造2025》其它九大重点开展领域做详细介绍。《中国制造2025》涉及关键材料一.新一代信息技术产业1.1新一代信息技术产业《中国制造2025》开展目标1.2新一代信息技术产业链1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料二.高档数控机床和机器人2.1高档数控机床和机器人《中国制造2025》开展目标2.2高档数控机床产业链2.3机器人产业链2.4高档数控机床和机器人的关键材料三.航空航天装备3.1航空航天装备《中国制造2025》开展目标3.2航空航天装备产业链3.3航空航天装备关键材料四.海洋工程装备及高技术船舶五.先进轨道交通装备六.节能与新能源汽车七.电力装备八.农业装备九.生物医药及高性能医疗器械图1-1集成电路及专用设备开展目标1.1新一代信息技术产业《中国制造2025》开展目标一．新一代信息技术产业图1-2信息通信设备开展目标1.1新一代信息技术产业《中国制造2025》开展目标一．新一代信息技术产业图1-4智能制造核心信息设备开展目标1.1新一代信息技术产业《中国制造2025》开展目标一．新一代信息技术产业图1-3操作系统与工业软件开展目标新一代信息技术产业主要包括集成电路及专用装备、信息通信设备、操作系统及工业软件、智能制造核心信息设备四个方面，其中集成电路及分立器件、平板显示〔液晶显示器件〔LCD〕、有机发光显示器件〔OLED〕〕、发光二极管〔LED〕是新一代信息技术产业的关键性器件。1.2新一代信息技术产业链一．新一代信息技术产业图1-5新一代信息技术产业链新一代信息技术产业涉及到主要材料包括：衬底材料〔硅衬底、蓝宝石衬底、柔性OLED衬底〕、靶材〔金属、TCO靶材〕、发光材料〔LED、OLED发光材料〕、平板显示用玻璃基板、平板显示用光学膜材料、封装材料〔引线框架、键合丝、基板、塑封、底部填充剂〕、液晶材料、电子气体和源材料、工艺化学品材料、外表功能薄膜材料等。

蓝宝石

蓝宝石〔英文名称为Sapphire〕主要成分是Al2O3，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键的型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。蓝宝石集优良光学性能、物理性能和化学性能于一身，同时具有强度高、硬度大、耐冲刷等优秀特性。蓝宝石可广泛应用在军事、航空、电子消费产品等领域，具有广阔的应用前景，尤其是在电子消费和LED根底应用领域。

随着蓝宝石生产技术的不断提高以及生产本钱的持续降低，除了以往LED根底面板的应用外，蓝宝石在近年广受各产业的关注，世界各国无不看好蓝宝石基板商机。

蓝宝石基板主要是用在生产LED晶圆上的材料，具有高硬度、高介电系数、高热导系数等优越特性，除了应用在智能和穿戴式设备之外，还包括苹果、三星、LG等高端智能的相机镜头保护盖和主画面键，蓝宝石基板更被市场期待可应用在光学、航太科技和军事等领域。

从当前蓝宝石材料的应用来看，LED需求平均一个月预计消耗200万到300万片的产能，而随着高端和平板镜头、home键应用的普及以及Applewatch的市场导入，蓝宝石材料的应用将越发广阔。

全球领先的蓝宝石行业研究机构YOLE对蓝宝石在LED衬底材料和消费电子的应用作出了综合分析，预测2019年蓝宝石行业的销售收入将到达81.85亿美元，年均复合增长率达57%。

1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业截止2014年1季度，全球蓝宝石企业共计148家，其中，具有实际制造能力的企业共计85家。中国蓝宝石企业共计39家〔具备晶体材料能力30家，材料加工能力30家，晶片图形化生产能力14家〕。

图1-62012-2019年蓝宝石收入预测〔单位：亿美元〕1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-7全球蓝宝石行业企业分布1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业溅射靶材

简单说，靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料。例如：蒸发磁控溅射镀膜是加热蒸发镀膜、铝膜等。更换不同的靶材〔如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等〕，即可得到不同的膜系〔如超硬、耐磨、防腐的合金膜等〕。故靶材也叫溅射靶材〔纯度：99.9%-99.999%〕。

靶材主要应用于电子及信息产业，如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等；也可应用于玻璃镀膜领域；还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。

1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-8靶材工作示意图根据BCCResearch数据，2013年全球靶材市场规模为30亿美元，预计到2018年为32亿美元，年复合增长率为1.3%。靶材的市场主要集中在亚洲，占了靶材的63%市场份额，其次是美国和欧洲。1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-9靶材的应用领域1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-102013年和2018年，全球靶材市场规模1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-11全球靶材市场分布情况〔左图：2013年，右图：2018年〕据BCCResearch统计，2013年靶材主要用在新能源领域、数据存储、平板显示和微电子，预计到2018年，靶材在平板显示的应用领域会迅速扩大，数据存储和微电子领域会缩减。1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-12全球靶材在不同领域的市场分布〔左图：2013年，右图：2018年〕1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-102013年和2018年，全球靶材市场规模目前全世界溅射靶材生产厂家主要集中在美国、德国及日本。国内的安泰科技、有研亿金、江丰电子、欧莱、株冶、广西华锡等公司也在生产靶材。1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-14国内靶材主要生产企业光学薄膜材料

光学薄膜是指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件外表之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。光学薄膜的应用始于20世纪30年代，目前已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器。1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-15光学薄膜实例根据光学薄膜的产业链，光学薄膜材料可分为光学基膜〔光学PET切片、PE/PET膜、PVA膜和TAC膜〕、光学薄膜〔背光模组光学膜、保护膜和光学膜〕、裁切和模组。其中光学基膜集中度高，其中7大巨头垄断全球80%以上产能〔三菱树脂、东丽、帝人、杜邦、可隆、SKC，东洋纺〕，而光学薄膜那么相对分散，仅台湾生产厂家就有接近十家，大陆已实现量产的厂家有康得新、凯鑫森、激智科技、长松科技等，其他亚洲一些规模较大的厂家主要有迎辉、友辉、嘉威、MNTECH、SKC等。裁切和模组附加值最低，仅中国就有几十家之巨，其中模组厂很多已被下游的面板厂家垂直整合。1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-16光学薄膜分类1.3新一代信息技术产业涉及的关键材料一．新一代信息技术产业图1-17光学薄膜产业链2.1高档数控机床和机器人《中国制造2025》开展目标二.高档数控机床和机器人图2-1高档数控机床与根底制造装备开展目标图2-2机器人开展目标2.2高档数控机床产业链二.高档数控机床和机器人机床是装备制造业的工作母机，数控机床的技术水平代表了一个国家或一个地区装备制造业的开展水平。高档数控机床至今仍是西方兴旺国家对我国禁运的战略物资，一方面数控机床是军民两用技术，另一方面兴旺国家通过控制高档数控机床占据了产业制高点，保持整个制造业的领先地位。大力开展高档数控机床是提高我国装备制造业水平，缩小和超越与兴旺国家制造业差距的必由之路。

目前，高档数控机床的主要零部件有1500多种，决定数控机床整机性能的部件有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件等，核心功能部件主要包括数控系统、数控铣头、数控刀架和数控转台等。图2-3为高档数控机床产业链图。2.2高档数控机床产业链二.高档数控机床和机器人高档数控机床的最主要上游是钢铁铸件、数控系统和功能部件〔铣头、主轴、丝杆等〕，一般来说，铸件、数控系统和功能部件平均分别占主营业务本钱的17.78%、7.50%和17.23%。图2-3高档数控机床产业链2.3机器人产业链二.高档数控机床和机器人机器人〔Robot〕是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原那么纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。按照应用领域，机器人可分为用于汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等领域的工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭效劳、教育娱乐等效劳机器人。图2-4是机器人产业链图，其上游是核心零部件，主要的是减速机、机器人本体、功能部件和控制系统，这相当于机器人的“大脑”和“身体”。图2-4机器人产业链2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人敏感材料和传感器

敏感材料是对光、声、力、热、磁、气体分布等场的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。敏感元件是传感器的核心元件，通常将待测参量转换成电参量。其主要性能指标是灵敏度、量程、分辨率、稳定性、响应/恢复速率等。目前，传感器已经广泛应用于智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域。图2-5传感器原理图敏感材料和传感器近年来，全球传感器市场一直保持快速增长，2009年和2010年增长速度达20%以上；2011年受全球经济下滑的影响，传感器市场增速比2010年下滑5%，市场规模为828亿美元。随着全球市场的逐步复苏，2012年全球传感器市场规模已到达952亿美元，2013年约为年约为1055亿美元。未来，随着经济环境的持续好转，市场对传感器需求将不断增多，未来几年全球传感器市场将保持20%以上的增长速度，2015年市场规模将突破1500亿美元。转眼到国内，国内传感器市场也持续快速增长，年均增长速度超过20%，2011年传感器市场规模为480亿元，2012年到达513亿元，2013年那么超过640亿元。我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计创新开展阶段，国内传感器及芯片厂商快速开展根本掌握了中低端传感器研发的技术，并向高领域拓展，产生了包括华工科技、大立科技、歌尔声学、瑞声声学、广陆数测、汉威电子、航天机电、美新半导体、中航电测、格科微电子、昆仑海岸、青鸟元芯、华润半导体等一批传感器龙头企业，特别是在声波传感器等领域有所突破，已开始在中高端传感器上取得一定进展。目前，国内传感器技术开展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面：敏感材料从液态向半固态、固态方向开展；结构向小型化、集成化、模块化、智能化方向开展；性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向开展。随着物联网技术的开展，对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向MEMS技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、纳米技术、陶瓷技术、薄膜〔含SOI，Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅〕技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向开展。2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人敏感材料和传感器

2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人图2-6全球传感器市场规模敏感材料和传感器

2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人图2-7中国传感器市场规模敏感材料和传感器

2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人表2-1国内主要传感器制造企业及其涉领域硬质合金硬质合金通常被称为碳化钨合金或者简称为碳化钨，是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，又称为碳化钨。由于硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，可用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的开展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速开展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人图2-8硬质合金的应用领域图2-9硬质合金市场分布情况硬质合金以2011年为例，全球硬质合金产量为6.3万吨，而我国生产的硬质合金占全球总量37%；欧洲、美国和日本分别占全球总量27%、16%、11%，如图2-9。

2013年，我国硬质合金全年产量约2.3万吨，市场规模为244亿元；预计到2018年，我国硬质合金的市场规模达372亿元，平均年增长率约为9%。2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人图2-102009-2018年，我国硬质合金市场规模变化情况硬质合金目前，中国有199家硬质合金企业，平均年产能176吨，平均年产量仅86吨，年产量在1000吨以上的企业只有4家，分布为株洲硬质合金集团、厦门金鹭特种合金、自贡硬质合金和济南市冶金科学研究所。2.4高档数控机床和机器人的关键材料二.高档数控机床和机器人3.1航空航天装备《中国制造2025》开展目标三.航空航天装备图3-1飞机开展目标图3-2航空发动机开展目标3.1航空航天装备《中国制造2025》开展目标三.航空航天装备图3-3航空机载设备与系统开展目标图3-4航天装备开展目标航空航天装备属于高端装备制造业，涉及学科领域广，制造工艺复杂，技术标准高。航空产业链按上中下游产业划分，上游产业链主要包括新材料、发动机、机电设备、机体、标准件、特殊材料和涂料等。3.2航空航天装备产业链三.航空航天装备图3-5航空航天装备产业链航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的开展和突破是分不开的。航空航天材料主要指用于制造航空航天飞行器的材料。按使用范围，航空航天材料可分为结构材料与功能材料。结构材料主要用于制造飞行器各种结构部件，如飞机的机体、航天器的承力筒、发动机壳体等，其作用主要是承受各种载荷，包括由自重造成的静态载荷和飞行中产生的各种动态载荷。功能材料主要是指在光、声、电、磁、热等方面具有特殊功能的材料，如飞行器测控系统所涉及的电子信息材料(包括用于微电子、光电子和传感器件的功能材料，航天飞机外表的热防护材料等。结构材料总的开展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低本钱：而功能材料那么朝着高性能、多功能、多品种、多规格的方向开展。出于现代高性能飞行器开展的需要，结构和功能一体化和智能化也是重要的材料开展方向。3.3航空航天装备关键材料三.航空航天装备表3-1航空航天装备关键材料高温合金材料被誉为“先进发动机基石”，是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，是发动机热端部件不可替代的关键材料。

高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%-60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。高温合金三.航空航天装备图3-6高温合金在航空发动机的应用2012年，全球高温合金消费量为28万吨，占钢铁总消费量的0.02%，市场规模达100亿美元。目前，高温合金被广泛应用于各个领域，特别是航空航天领域，占总使用量的55%，其次是电力20%和机械10%领域。高温合金三.航空航天装备图3-7全球高温合金应用情况2009年我国高温合金材料年生产量约1万吨左右，需求可达2万吨以上。到2013年，这一市场的供给并未有太大改变，但需求已增长至3万吨的水平；2009年我国航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金市场需求量在3000余吨，在其后的5至10年内，每年呈15%以上的速度增长。2015年该领域的市场需求将接近7000吨。高温合金三.航空航天装备图3-8高端高温合金的市场需求预测〔吨〕国外在20实际30年代就开始了高温合金的研制，而我国高温合金的研发那么起步于20世纪50年代末，比国外晚近30年。但是好在经过了初创、提高和创新开展等几个阶段我国在高温合金的研制上取得了很大的进展，到目前已经根本形成了自己的合金体系和研制生产基地。高温合金三.航空航天装备表3-2国外高温合金主要企业高温合金三.航空航天装备图3-9国内高温合金企业高温合金三.航空航天装备图3-10高温合金主要厂家的业务简介航空航天是金属钛制品的最大市场。据资料报道航空航天应用占全球钛制品需求的30%以上。钛合金是一种重要的新型结构材料，因具有强度高、耐蚀性好、耐热性强等特点而被广泛用于各个领域。钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。

航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。航空用钛及钛合金三.航空航天装备图3-11A350用钛主要部位和部件世界航空钛市场主要集中在美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区。业内人士分析，由于飞机的更新换代及对节能高效机型的需求，未来航空市场需求将会持续增长,需求的增长主要在新兴国家及地区如中国、印度等开展中国家。到2017年商业飞机机身用钛需求将以每年12.1%的速度增长，商业飞机机身用钛轧材的装运量将由2012年的5000万磅增至8900万磅。2014年商业机身用钛需求将由2013年的6100万磅增至7400万磅。未来每架飞机金属使用量不断增加，特别是新机型。预计2012-2017年，宽体式飞机金属使用量每年增长10%，窄体式飞机金属使用量每年增长3%。增长主要表达在机身用钛方面。航空用钛及钛合金三.航空航天装备图3-12不同机型钛使用量(吨/架)航空用钛及钛合金三.航空航天装备表3-3世界主要航空钛材主要企业航空用钛及钛合金三.航空航天装备表3-4中国钛材主要企业碳/碳复合材料是一种新型高温材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列优异性能。碳/碳复合材料特性：•在惰性气氛中的高温热稳定性〔3000℃〕•2200℃的无氧环境下保持室温强度•耐热沉积能力强•热膨胀系数低•热导率高•耐磨性好，自润滑•无毒，抗腐蚀性好•无氧条件下化学活性低•密度低，<2.0g/cm3作为抗烧蚀,短时使用的材料,碳/碳复合材料已在航天工业中得到成功的应用,如火箭发动机尾喷管、喉衬,航天飞机的机翼前缘等。在航空领域的应用,最成功的范例当数碳/碳复合材料刹车盘,在这方面已形成了成熟的市场。但作为研究的焦点,目前那么主要集中在作为高温长时使用的结构材料方面。将该材料用于航空发动机的热端部件是目前世界上各先进国家研究和开展的方向,并已取得初步成果。碳/碳复合材料三.航空航天装备碳/碳复合材料三.航空航天装备图3-13碳/碳复合材料航空航天装备应用碳/碳复合材料三.航空航天装备图3-14碳/碳复合材料企业碳纤维复合材料的最优异特点是相对于铝、钢等金属结构材料具有极高的比强度和比刚度，目前是一种理想的轻质高强度航空航天结构材料。同铝合金相比，用碳纤维复合材料制造的飞机结构，减重效果可达20％～40％。在航天领域，复合材料广泛应用于航天器结构件，包括卫星中心承力筒、各种仪器安装结构板等。在运载火箭上被用于火箭的排气锥体，发动机的盖、燃烧室壳体、喷管、喉衬、扩散段，以及整流罩等部位，与铝合金相比重量可减轻10％～25％。碳纤维及其复合材料三.航空航天装备图3-15全球碳纤维复合材料市场分布情况2014年全球碳纤维市场需求为53500吨，航空航天市场出现高增长率，应用占比达29%。汽车应用占比为13%；风电叶片应用占比为11%。2014年国内碳纤维需求为10600吨，航空航天占比较小，仅为3%。碳纤维及其复合材料三.航空航天装备图3-16中国碳纤维复合材料市场分布情况碳纤维全球主要制造商包括日本东丽，日本三菱，ZOLTEK，HEXCEL，CYTEC，SGL。中国碳纤维主要制造商包括中复神鹰，江苏恒神，威海拓展，中油吉化，吉林江城，金山石化等。2014年，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产方案：东丽与HEXCEL在欧洲扩产，三菱与美国在外乡扩产，CYTEC已经根本完成美国的双倍产能扩产方案，SGL在美国再一次扩产。日本东丽：2012-2014年日本东丽的营业收入均保持了增长，2014年的收入为1.84万亿日元，较上年同期增长15.42%。其中碳纤维复合材料在公司销售中占比为6%。美国Zoltek：年产13000吨碳纤维，2013年9月，日本东丽宣布以5.84亿美元收购zoltek。2014年2月8日，Zoltek正式成为东丽子公司。日本东邦：公司碳纤维Tenax年产能为6400吨。美国Hexcel：2013年公司营业收入为16.78亿美元，从产品应用领域来看，商业航空是主要的应用领域，其次是空间防御，产品市场占比在22%左右。碳纤维及其复合材料三.航空航天装备4.1海洋工程装备及高技术船舶《中国制造2025》开展目标四.海洋工程装备及高技术船舶图4-1海洋工程装备及高技术船舶开展目标当前，我国正处于经济转型升级的关键时期，海洋资源的开发和利用，被认为是重要的途径之一。2014年全国海洋生产总值近6万亿元，占GDP总量的9.4%。开发深海资源，维护主权权益，提高我国海洋技术支撑和保障能力，必须要开展重大技术装备。而海洋工程材料那么将在其中发挥关键性作用。“十二五”以来，随着经济转型升级需求的日益迫切，加快海洋资源的开发和利用，已成为我国的重要战略方向。但现实的窘境是，材料问题已成为我国海洋工程装备开展中的主要瓶颈，没有高性能材料作为物质保障，海洋科技的开展和产业化将受到很大制约。4.2海洋新材料产业链四.海洋工程装备及高技术船舶4.2海洋新材料产业链四.海洋工程装备及高技术船舶图4-2海洋新材料产业链所谓海洋新材料，宏观上是指能从海洋中提取的材料和专属用于海洋开发的各类特殊材料。海洋新材料的主要分类：海洋用钢〔钢筋和各类不锈钢〕、海洋用有色金属〔钛、镁、铝、铜等〕、防护材料〔防腐、防污涂料、牺牲阳极材料〕、混凝土、复合材料与功能材料等。海洋新材料的主要应用：造船、港口码头及跨海大桥、海底隧道、海洋平台、海水淡化、沿海风力发电、海洋军事等。4.3海洋工程关键材料四.海洋工程装备及高技术船舶表4-1海洋新材料的主要应用不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称，包括不锈耐蚀钢和不锈耐热钢。不锈钢在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械、电器、汽车等方面应用广泛。不锈钢四.海洋工程装备及高技术船舶图4-3不锈钢工作原理示意图根据化学成分，不锈钢可分为铬系不锈钢和铬镍系不锈钢，其中铬系不锈钢包括马氏体不锈钢和铁素体不锈钢，铬镍系不锈钢包括奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，即304不锈钢是应用最为广泛的不锈钢之一。不锈钢四.海洋工程装备及高技术船舶图4-4不锈钢分类1912年，不锈钢被发现，1916年开始大量生产，不锈钢进入规模性工业化生产已有90多年时间。在不锈钢生产工艺技术不断进步和市场需求的推动下，近20年来世界不锈钢产业获得加速开展。据国际不锈钢论坛〔ISSF〕公布的临时数据显示，2014年全球不锈钢粗钢总产量为4169万吨，同比增长9.3%。不锈钢四.海洋工程装备及高技术船舶图4-52002-2014年，全球不锈钢粗钢产量及增长率变成情况〔单位：万吨〕未来中国经济仍将以8%左右的增长率持续、快速开展，以及工业化、城市化进程为中国的不锈钢市场的中长期增长提供了根底与保障，进一步扩大不锈钢在石油、化工、天然气、电力设备制造、造船、造纸、海水淡化、机械制造、医药器材、食品加工、仪器仪表、航空、航天、军工等行业的应用。同时，由于人们的生活水平不断提高，对家居装修的要求越来越高，进一步刺激了中国不锈钢的市场。据国际不锈钢论坛〔ISSF〕公布的临时数据显示，中国不锈钢粗钢总产量为2169万吨，约占全球总产量的52%，同比增长14.3%，远远超过全球的增长速度9.3%。不锈钢四.海洋工程装备及高技术船舶图4-62002-2014年，中国不锈钢粗钢产量及增长率变成情况〔单位：万吨〕钛是20世纪50年代开展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是开展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步开展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。近年来，钛合金已经开始逐步转向民用，特别是化工、电力、船舶和体育休闲领域。钛及钛合金四.海洋工程装备及高技术船舶图4-7钛合金核潜艇根据钛锆铪分会统计的我国28家钛材生产企业，28家企业2014年共生产钛加工材49660吨，与2013年相比增长了11.7%。其中，钛材在化工领域中用量最大，占到46%，其次为电力、航空航天、体育休闲等。钛及钛合金四.海洋工程装备及高技术船舶图4-8中国钛材产量变化情况〔单位：万吨〕钛及钛合金四.海洋工程装备及高技术船舶图4-92014年中国各应用领域钛加工材使用量所占比例由于钛及钛合金具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛应用于国民经济许多部门。特别是在化工和海洋工程领域中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料，具体表达在氯碱、纯碱、石油化工。钛在化工和石化工业中的应用有电解槽〔电极〕、反响器、浓缩器、别离器、热交换器、冷却器、吸收塔、连接配管、配件〔法兰盘、螺栓、螺母〕、垫圈、泵和阀等。钛及钛合金四.海洋工程装备及高技术船舶图4-10中国化工用钛市场规模2014年在世界经济继续处于弱增长格局及全球钛行业持续低迷的大背景下，中国钛工业也难以独善其身，进入了“高产能、微利润、低需求”的严冬期。在国家稳增长、调结构、转变增长方式、科技创新开展的方针指导下，与环境和谐开展、促进行业健康和可持续开展成为经济开展的主旋律。产能扩张，需求下降以及钛产品的结构性过剩，导致钛制品的价格一直在低位徘徊。钛冶炼企业大都处在亏损或盈亏持平状态，钛加工企业处于微利运行状态，2014年是钛行业的艰辛之年。图4-11是钛材生产企业分布情况。钛及钛合金四.海洋工程装备及高技术船舶图4-112012年中国钛材加工生产企业钛产量5.1先进轨道交通装备《中国制造2025》开展目标五.先进轨道交通装备图5-1先进轨道交通装备开展目标5.2先进轨道交通产业链五.先进轨道交通装备我国轨道交通装备制造业经历60多年的开展，已经形成了自主研发、配套完整、设备先进、规模经营的集研发、设计、制造、试验和效劳于一体的轨道交通装备制造体系，包括电力机车、内燃机车、动车组、铁道客车、铁道货车、城轨车辆、机车车辆关键部件、信号设备、牵引供电设备、轨道工程机械设备等10个专业制造系统，特别是近十年来在“高速”、“重载”、“便捷”、“环保”技术路线推进下，高速动车组和大功率机车取得了举世瞩目的成就。当前，全球正出现以信息网络、智能制造、新能源和新材料为代表的新一轮技术创新浪潮，全球轨道交通装备领域孕育新一轮全方位的变革。轨道交通装备制造业作为高端制造的代表，全球领先的轨道交通企业已经开始实施产品数字化设计、智能化制造、信息化效劳。在开展趋势和政策导向下，中国轨道交通装备制造业将迈进信息化、智能化时代，走上制造强国之路。

加快新材料、新技术和新工艺的应用，重点突破体系化平安保障、节能环保、数字化智能化网络化技术，研制先进可靠适用的产品和轻量化、模块化、谱系化产品。研发新一代绿色智能、高速重载轨道交通装备系统，围绕系统全寿命周期，向用户提供整体解决方案，建立世界领先的现代轨道交通产业体系。5.2先进轨道交通产业链五.先进轨道交通装备轨道交通将带动上游相关材料快速开展，其与材料相关主要是原材料领域、根底建筑领域、关键部件领域和其他配件领域。原材料主要指铺轨阶段和列车制造阶段大量使用的钢材、铝材以及水泥等非金属建材；根底建筑材料指轨道交通建筑施工、建筑装修等相关材料；关键部件材料包括减震防噪原件、减速部件、车厢涂料等先进技术和新材料为核心的轨道交通核心材料；其他配件包括玻璃纤维枕木、特种电缆、LED显示器等。图5-2轨道交通新材料产业链5.3先进轨道交通装备关键材料五.先进轨道交通装备铝合金铝及铝合金是现代社会使用最广泛的金属材料之一。选择铝合金材料替代钢材是目前整车厂商最现实、最可能的选择。铝的密度仅为钢铁的1/3，使用本钱远低于钛合金、碳纤维等材料。铝材的应用非常广泛，小到拉链，，易拉罐，大到轮船，火车，飞机等。铝材的用途可以主要分为建筑业，交通运输业，电子电气及机械装备等。分析全球铝消费的终端构成可以看到，交通运输业占比27%，也即1400万吨铝，而交通运输包括汽车、轨道交通、船舶、飞机等。图5-3全球终端用铝构成5.3先进轨道交通装备关键材料五.先进轨道交通装备由于铝合金出众的综合性能，不仅在汽车上，铝合金还广泛的应用于轨道交通、航空航天、消费电子等领域。在城际轨道交通方面，根据《中长期铁路网规划》，到2020年，全国铁路营业里程到达12万公里，复线率和电化率分别到达50%和60%以上，建设客运专线1.6万公里。铝制铁路车体具有轻量化、密封性好、抗腐蚀性高等性能，在时速200公里以上高速列车车体上具有绝对的优势。目前，在时速200公里以上高速列车招标材质制造上主要为铝合金车辆，每辆车的整体车身铝材平均用量约10吨，其中90%以上为大截面铝型材。预计到2015年，我国城市轨道交通每年需车辆约为3000-4000辆。预计其中60%的车辆将采用铝合金车体，按每辆车需铝合金材7吨计算；剩下40%采用不锈钢车体，按每辆车需铝合金材5吨计算，那么大致需要铝材1.8万吨至2.5万吨。预计十二五期间，国内客运专线约需铝合金高速列车7000辆，每辆车约需铝型材10吨，合计需要铝型材约7万吨。图5-42014年全球十大铝生产商产量〔万吨〕蜂窝夹芯板五.先进轨道交通装备蜂窝夹芯板简介蜂窝是由多个六角形单元构成的结构体，外观类似蜂箱的横截面。蜂窝的90%到99%是空的。蜂窝的最正确应用是结构制造，同时也能满足非结构件制造的需要。蜂窝夹层结构复合材料是由蜂窝芯材与外表材料粘结而成的复合材料，蜂窝夹层结构一般由上下两块高弹性模量、高强度的薄板材〔蒙皮+铺层〕和填充其中的软而轻的蜂窝夹芯所组成，蜂窝芯材料可以是纸、玻璃布、铝合金、芳纶等，面板可采用胶合板、纤维板、铝合金板、玻璃钢板等。图5-5夹芯板有三个组成局部：蒙皮、芯材、胶膜蜂窝夹芯板五.先进轨道交通装备从结构上来看，蜂窝夹芯板结构类似于二维的“工字梁”形状。上下蒙皮可承受弯曲时的压缩和拉伸载荷。蜂窝芯材类似于“工字形”梁二维的网状结构，可承受剪切载荷，使面板保持几何形状。。这可给予面板连续可靠的支持，从而提高了结构刚度。尽管纸蜂窝、铝蜂窝和Nomex蜂窝3种夹层结构复合材料的性能不完全相同,但其根本特征都是相似的,均可以表现出蜂窝夹层结构复合材料共同的特性。概括起来讲,蜂窝夹层结构复合材料具有以下根本特性：〔1〕质量轻，比强度高，尤其是抗弯刚度高，，同等质量的蜂窝夹层结构复合材料其抗弯刚度约为铝合金的5倍；〔2〕有极高的外表平面度和高温稳定性,易成型且不易变形,蜂窝夹层结构复合材料不仅能制成平面板,而且可以制造成双曲、单曲面板,制成车辆零部件后拆装方便；〔3〕优良的耐腐蚀性、绝缘性和环境适应性,可适应铁路动车组和客车各种恶劣的运用环境;另外,根据需要,这类板材可以采用外表喷漆或外表粘贴防火板处理,到达良好的装饰性、防火性；〔4〕独特的回弹性,可吸收振动能量,具有良好的隔声降噪效果；〔5〕优异的成型制造工艺性,可以满足铁道车辆内装零部件形状复杂、稳定性要求高的要求。蜂窝夹芯板五.先进轨道交通装备蜂窝夹芯板应用领域蜂窝复合材料不仅比强度、比刚度高、密度低，而且耐腐蚀、抗冲击、能吸收振动能量，抗疲劳性和热稳定性较好，被广泛应用在航空航天等尖端工业中，在飞机、导弹、火箭中可以充当机体、隔热板、地板、橱柜等次受力构件，甚至可以用于方向舵、鸭翼、副翼等主受力构件上。美国军机上复合材料用量从初期的2%开展到目前的30%左右，使飞机减重30%以上；复合材料在民用机上应用起步较晚，但开展迅速，目前已达飞机结构重量的10%-20%。〔1〕Nomex蜂窝，适用于任何要求低重量、高强度的应用至目前为止，在世界各地Nomex蜂窝板已成功应用在高速列车、双层列车、地铁、轻轨等5000多辆客车上。除此之外，国际知名的客车制造商Alstom，Fiat，Breda,Rotem和中国长春客车厂都普遍采用了Nomex蜂窝板作为列车的顶部、窗框、行李架、隔板、地板和橱柜等内饰部件。案例1：法国ANF隧道列车用穿越海峡的隧道将法国和英格兰连接起来的梦想随着运送乘客的列车的贯穿而成为现实。整个车厢内部都采用了轻质的Nomex蜂窝夹芯层和玻璃酚醛蒙皮的三明治复合结构以减轻重量。蜂窝夹芯板五.先进轨道交通装备案例2：中国客车和谐号5和谐号列车采用了Nomex蜂窝芯材的侧板，行李架，天花板，隔板和壁柜。蜂窝夹芯板五.先进轨道交通装备案例3：德国Transrapid列车的内饰磁悬浮列车对车体重量非常敏感。德国的Transrapid列车的内饰，在车体的天花板和地板中采用了Nomex蜂窝。案例4：美国海湾高速列车〔BART〕著名的旧金山海湾高速列车〔BART〕其内饰和地板采用了Nomex蜂窝芯材和玻璃酚醛蒙皮。〔2〕船舶船艇制造商采用了蜂窝复合材料。例如，船艇的船体蜂窝复合材料进行加固，不仅提高了船艇的性能，也有利于生产加工。新的美国海岸警卫队快艇采用Nomex蜂窝结构取代了过去的石棉板，从而消除了可能出现的健康危害。〔3〕航空航天Nomex蜂窝具有高度耐冲击、耐腐蚀和耐疲劳性，使之成为直升机螺旋桨的理想材料，它也可以用来支撑直升机的许多非承重零件。现代商用飞机的多处内板使用Nomex蜂窝结构，包括地板、侧板、行李架、天花板、隔板、厨房和厕所；航天飞机货舱门具有重量轻、高强度和高刚度的独特性能。用Nomex制成的飞机外部蜂窝板可用于整流罩、尾翼、襟翼、副翼、盖板、舱门、扰流板、缝翼、引擎罩和雷达天线罩等。〔4〕体育休闲Nomex蜂窝蜂窝芯材可用于制成最坚韧、最有弹性且最轻的雪橇，以满足降速滑雪赛的高性能要求。泡沫铝五.先进轨道交通装备泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性。泡沫铝的这些优异性能使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程材料，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面。泡沫铝是在纯铝或铝合金中参加添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和起泡特征。它密度小，高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、降音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行外表涂装。泡沫铝“三明治”结构，具有质轻，高强度的特征，可作为优异的结构材料。如：用作汽车的结构件时，重量只有钢结构的一半，而刚度那么提高10倍。新型建筑材料：泡沫铝是一种新型建筑及装潢材料，它具有质轻、高比刚度、美观、不燃烧等优点，并兼有吸音、隔热、电磁屏蔽等特性。因此泡沫铝可广泛应用于商场、宾馆、体育馆等场馆的建筑装潢。电磁屏蔽材料：因其优异的电磁屏蔽性能，泡沫铝可用于电信、电子仪器、计算机房、电视播送设备的电磁屏蔽。保温材料：因其导热系数低，同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点，可用作隔热、保温、保冷材料等。冲击能量吸收材料：因其具有优良的冲击能量吸收性能，可用作汽车防冲档、机械装置的保护外壳，升降机的平安垫、飞机外壳夹层和太空飞行器的防护层等。泡沫铝五.先进轨道交通装备由于泡沫铝材料的特殊功能，先进国家已广泛应用于交通、运载工具、机械、建筑等行业上。例如泡沫铝夹芯板材料应用在汽车、坦克。装甲车、机动战车、军用汽车、地铁列车、高速火车上制作壳体及间隔墙，既吸音、隔音、占空间小，强度高、保温、又减轻自重。用在潜水艇上，可以吸音和隔音，使潜艇运行时无声音，不易被对方发现。用泡沫铝夹芯板可以制作高架铁轨、高速公路和铁路的隔音屏，制作地铁地道和车站的顶棚吸音板等，防止噪声对环境的污染。用泡沫铝材料制作轿车等车辆的前后和侧部防冲挡〔保险杠〕，可以吸收撞击力，当车受撞击时能够保护人和车免遭伤害，从而提高平安性。图5-6泡沫铝的应用领域分析泡沫铝五.先进轨道交通装备2013年国外泡沫铝市场产量到达338.1万t，预测2014年国外泡沫铝市场产量到达375.7万t。2013年国外泡沫铝市场消费量到达了386.9万t，需求满足率到达了92.4%，预测到2014年泡沫铝市场消费量将到达421.3万t，需求满足率到达87.3%，比2013年同期需求量增长，消费量上升，但上升的速度呈下降趋势。图5-72011-2014年国外泡沫铝市场供需状况分析及预测〔x10万吨〕泡沫铝五.先进轨道交通装备目前国内市场年需求约为20万t，产值100亿元人民币，未来几年市场需求有望大幅提升，假设年需求到达50万t，那么国内市场规模约为250亿元人民币。图5-8中国泡沫铝主要企业6.1节能与新能源汽车《中国制造2025》开展目标六.节能与新能源汽车目前国内市场年需求约为20万t，产值100亿元人民币，未来几年市场需求有望大幅提升，假设年需求到达50万t，那么国内市场规模约为250亿元人民币。图6-1节能汽车开展目标图6-2新能源汽车6.1节能与新能源汽车《中国制造2025》开展目标六.节能与新能源汽车目前国内市场年需求约为20万t，产值100亿元人民币，未来几年市场需求有望大幅提升，假设年需求到达50万t，那么国内市场规模约为250亿元人民币。图6-2新能源汽车6.2新能源汽车产业链六.节能与新能源汽车工信部披露的《中国制造2025》中节能与新能源汽车产业开展的10年战略目标来看，其对于节能与新能源汽车产业的开展，《中国制造2025》提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能互联汽车是国内未来重点开展的方向，并分别提出了2020年、2025年的开展目标。图6-4新能源汽车全景产业链6.3节能与新能源汽车关键材料六.节能与新能源汽车正极材料锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例〔正负极材料的质量比为3:1~4：1〕,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其本钱也直接决定电池本钱上下。1、目前广泛产业化应用的四大正极材料表6-1主要正极材料性能比照6.3节能与新能源汽车关键材料六.节能与新能源汽车2、主流车型正极材料的选择表6-2主流车型正极材料的选择6.3节能与新能源汽车关键材料六.节能与新能源汽车3、主要正极材料市场占比预测目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于、平板电脑及小型动力电池领域，未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽车领域将成为其主要市场之一，而钴酸锂的市场份额将减少。图6-5主要正极材料市场占比预测6.3节能与新能源汽车关键材料六.节能与新能源汽车4、主要锂离子正极材料企业情况从全球范围来看，锂电企业主要集中在日本、中国和韩国，相应的锂电正极材料的生产也主要集中在以上国家。日本和韩国的锂电正极材料企业整体技术水平和质量控制能力要优于我国多数锂电正极材料企业，在高端锂电正极材料的竞争中有一定优势。在国外市场，日本和韩国主要锂电企业的供给商主要还是外乡锂电正极