论新材料产业对高档数控机床与基础制造装备的需求

张 红，焦 炬

（中机生产力促进中心，北京 100044）

0 引言

大力培育和发展战略性新兴产业，是未来一个时期我国国民经济发展的一项重要国策。新材料产业是战略性新兴产业的一个重要组成部分。 《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》、 《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，为新材料产业提出了明确的发展目标与方向。然而，为实现这一宏伟蓝图，离不开相应的制造装备的支撑。准确把握新材料产业对于高档数控机床和基础制造装备的需求，合理制定我国装备制造业技术发展规划，使其符合国情所需，对于实现战略性新兴产业与装备制造业相互促进、相互支撑发展，占领未来经济科技竞争的制高点，提升我国国际竞争力具有重要的实际意义。

1 新材料产业发展趋势

新材料涉及领域广泛，一般指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高和产生新功能的材料，主要包括新型功能材料、高性能结构材料和先进复合材料。伴随世界科技进步的提升，新材料产品层出不穷，产业升级、材料换代步伐加快。新材料技术与纳米技术、生物技术、信息技术相互融合，结构功能一体化、功能材料智能化趋势明显，材料的低碳、绿色、可再生循环等环境友好特性倍受关注。未来5～10年，新材料产业技术发展有四个主要方向：

（1）新型功能材料：新型功能材料是现代高新技术的先导和基础。新型功能材料主要包括稀土功能材料、高性能膜材料、特种玻璃、功能陶瓷、半导体照明材料等。其中，稀土功能材料主要包括稀土永磁体、稀土储氢材料、稀土超导材料、稀土激光材料、稀土发光材料等几大类，在风电、汽车、液晶显示等诸多信息和能源高科技领域有着广泛的应用，已成为发展新一代信息技术、节能环保、新能源、高端制造等战略性新兴产业的关键材料。

（2）先进结构材料：主要包括高品质特殊钢、新型合金材料、工程塑料等。高品质特殊钢包括耐高温、耐高压、耐腐蚀电站用钢、大型变压器用高磁感取向硅钢、抗腐蚀抗变形管线钢、节镍型高性能不锈钢、高标准轴承钢、齿轮钢、模具、高强度紧固件用特种钢、高强汽车板、机床滚珠丝杠和直线导轨专用钢材，量具、刀具用特种钢和刀具用高速钢、硬质合金和超硬刀具材料等。

新型合金材料以轻质、高强、大规格、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳的高性能铝合金、镁合金和钛合金为代表，主要应用于航空航天、高速铁路、汽车零部件、轨道列车等领域。

以聚酰亚胺（PI）为代表的工程塑料，以其优异的电绝缘性、耐磨性、耐高温、抗辐射和物理机械性能，在机械、电子电气、仪表、石油化工、计量等领域应用迅速增长，并已成为全球火箭、宇航等尖端制造领域不可缺少的材料之一，具有广阔的发展前景。

（3）高性能纤维及其复合材料：高性能纤维复合材料是指用高性能纤维与高性能基体按性能设计要求，用专门的工艺复合而成的一类新型工程材料，主要包括高性能碳纤维复合材料、 高性能芳纶纤维复合材料、超高强聚乙烯纤维复合材料等。高性能纤维复合材料是发展国防军工、航空航天、新能源及高科技产业的重要基础原材料。从全球看，以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料在航空航天、汽车、轨道交通、电缆、风电领域等尖端领域得到了广泛的工程应用，并已经成为国家战略性的结构材料。

（4）共性基础材料：①纳米技术是一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，许多发达国家都投入了大量资金进行研究。纳米材料广泛应用于机械工业、环境保护、纺织、医药、家电、电子计算机和电子工业；②超导材料在超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；目前高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展；③智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料在航空上的应用取得大量创新成果。

2 新材料产业对高档数控机床与基础制造装备的需求重点

未来新材料产业对制造装备的需求集中在新材料的制备和成形装备两个方面。

2.1 新材料制备

新材料制备对装备的需求包括：①新材料制备装备工艺数据库与专家系统；②新能源汽车、太阳能光伏、太阳能光热、风能发电用功能性膜材料制备装备：精密涂布设备、精密拉伸工艺装备、专用挤出流延设备、大尺寸太阳能真空集热管多室真空镀膜设备；③碳纤维制备装备：复合材料用多轴缠绕机、热融预浸机、纤维铺放机、超高温热压成形设备等，如表1所示；④非晶材料和超微晶材料制备用快冷甩带设备；⑤粉末冶金和稀土功能材料（功能陶瓷、磁性材料和荧光粉等）制备用高真空高压气氛烧结设备；⑥用于航空航天、核电、交通等产业的高性能金属材料制备设备、大型高温高热等静压烧结设备、高纯稀有及难熔金属（钨、钼、钽、铌、钛、锆、铪等）及其合金熔炼提纯用多枪大功率真空电子束冷床炉、高性能钽铌及其合金锻造设备及热处理设备、铝基复合材料大型压机、难变形合金高纯度粉末的制备技术与装备。新材料制备对新材料制备用铸造装备如表2所示；新材料制备用大型压机、挤压成形装置如表3所示；新材料制备用粉末冶金类装备的需求见表4。

表1 新材料制备对专用装备需求

表2 新材料制备对铸造装备需求

表3 新材料制备对锻压装备需求

2.2 新材料成形装备

对新材料的成形装备的需求，主要来自于高端制造、新能源汽车和新能源等产业对于新材料的工程应用领域。主要包括：①航空航天及军用光学零件、IT产业和太阳能电池用新材料超精密超微加工装备：精密加工中心、精密磨床、抛光机、切片机等，如表5所示；②太阳能产业及IT产业用非金属新兴材料镀膜加工类装备：异种金属扩散焊接、靶材与背板焊接设备、电子束焊机等，如表6所示；③高端装备制造复合材料成形装备，一是超大型复合材料构件自动铺丝机系统；二是复合材料三维预制体数控编织系统；三是大型复合材料压力成形设备；四是大型复合材料超声C扫描检测系统；五是RTM、RFI成形成套设备；六是复合材料电动汽车车身成套制造技术与装备。

表4 新材料制备对粉末冶金类装备需求

表5 新材料加工对机床类装备需求

表6 新材料成形对焊接装备需求

3 建议与展望

新材料产业的蓬勃发展，大力拉动了装备制造业的市场需求、拓展了其技术发展领域；而上述需求中许多关键的装备，受到国外技术进口限制甚至禁运，成为我国技术瓶颈。因此，更有赖于我国装备制造行业奋发图强，自主创新，重点攻关，支撑新材料产业打破国外技术封锁，占领未来经济科技竞争的制高点，形成二者相辅相成、相互促进的良性循环局面。建议国家高档数控机床和基础制造装备专项对于上述新材料产业发展所需装备的研发在政策和资金上予以大力支持。