冶金发展趋势

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冶金发展趋势范文第1篇

关键词：绿色建筑节能；新型建材；发展趋势

中图分类号： TE08 文献标识码： A

绿色建筑节能材料指的是采用清洁生产技术，不用或少用天然资源和能源，使用工农业或城市固态废弃物生产的无污染、无毒害、无放射性，到使用周期后可循环利用，有利于保护环境和人体健康的建筑材料。绿色建筑节能材料围绕原料采用、产品制造、使用和废弃物处理，实现“健康、环保、安全及质量优良”的目的。

一、绿色建筑节能材料的必要性

我国建材行业长期采用传统的粗放型生产模式，重对自然资源的开发而轻应有的保护，对生态环境采取的是先破坏后治理的模式。在工业生产日益现代化的今天，绿色建筑节能材料越来越被重视，使用的也越来越普遍。这些新型材料一方面可以大大提高建筑物隔热保温效果，有效地降低空调采暖能耗；另一方面，又能够有效地改善使用者工作、生活环境。加大绿色建筑节能材料的研发与推广，降低能耗，节约能源，保护生态，实现经济社会的可持续性。

二、绿色建筑节能材料的发展趋势

1、新型墙体材料

墙体材料作为建筑材料的重要组成部分，占房屋建材的70%左右。大力推广新型墙体材料，可以更好的保护环境，维持生态平衡，节约能源。按照“综合利废、因地制宜、市场引导”的原则，要做到既符合国家产业政策要求，又能改善建筑物使用功能，利用好本地资源，如煤矸石、粉煤灰、旧城改造建筑垃圾、矿渣等。从品种来说，新型墙体材料有块、砖、板等，如粘土空心砖、非粘土砖、掺废料粘土砖、加气混凝土、复合板材、轻质板材等。

2、防水密封材料

作为建材工业重要组成，防水材料是建筑业及相关行业重要功能材料，有沥青油毡(含改性沥青油毡)、建筑防水涂料、合成高分子防水卷材、密封材料、堵漏和刚性防水材料等。防水密封材料重点做好新型防水材料，扩大其(如 SBS、APP等)市场份额。

3、节能门窗和节能玻璃

门窗从单一木、钢、铝合金发展到今天的复合材料，如铝合金——木材复合、铝合金——塑料复合、玻璃钢等。比较广的节能门窗有:铝木复合门窗、 PVC 塑钢门窗、玻璃钢门窗、铝塑复合门窗等。玻璃性能对门窗节能效果影响大，节能玻璃有: 真空玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃等，中空玻璃和真空玻璃在节能上更加突出，尤其是北方，无论住宅、厂房还是公用建筑都有普及，冬季室内保暖效果好。热反射镀膜玻璃、镀膜低辐射玻璃的可见光透射率高，红外光反射率也较高，既能保证室内能见度，又能减少冬季室内热量向外发散，还可控制夏季户外热量过多进入，提供舒适居住生活环境。

4、保温隔热材料

墙体特别是外墙的传热在建筑物总体传热中占比例最大，我国多采用保温节能墙体。根据保温层位置不同可分为：外墙外保温、外墙内保温和中空夹心复合墙体保温等。外墙保温技术发展快，是节能工作重点。外墙保温技术与节能材料创新密不可分，建筑节能以开发新节能建材为前提，基础须有足够保温隔热材料。节能材料发展须与外墙保温技术结合，在大力推广外墙保温技术同时，加强新型节能材料开发利用。

近年，我国保温隔热材料产品结构有较大变化：泡沫塑料类保温隔热材料占市场额三分之一左右，矿物纤维类保温隔热所占比有上升趋势,硬质类保温隔热材料制品占比逐年下降。目前常用的外保温技术体系有: 胶粉聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合无网聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合有网聚苯颗粒外保温、岩棉聚苯颗粒外保温、外表面喷涂泡沫聚氨酯和保温涂料等。保温涂料综合了涂料及保温材料双重特点，干燥后形成有一定强度及弹性保温层，符合外保温材料的要求。目前，市场上新出现的节能保温隔热建筑材料有以下四种：

4.1岩棉板

主要原料为优质玄武岩，加适量酚醛树脂，经高温熔隔固化而成，其导热系数低、不燃、化学稳定性好、隔音等优点，广泛在冶金、化工、电力、船舶、建筑等领域使用，既经济又保温的好材料。不含氟、氯，不腐蚀设备。技术特性: 机械性能、保温性能、防火性能好，酸度系数高，纤维耐久性、化学稳定性、吸音特性较好。可在建筑中进行隔墙、吊顶、内外墙保温和吸音，高达650 ℃的耐高温。

4.2橡塑板

导热系数低，表面放热系数高，相同外界条件和保温效果下，橡塑板比其他保温材料薄一半以上，可以节省楼层吊顶以上空间，节省投资；阻燃性能好，材料中含大量阻燃减烟原料，燃烧产生烟浓极低，遇火不融，材料自熄，属难燃材料，安全可靠；闭孔式发泡，较好的防潮性能，远优于发泡聚乙烯和玻璃纤维；抗震性能好，弹性高，最大限度减少使用中冷冻水和热水管道的震动和共振。其优点还有：柔韧性能突出，安装方便，使用寿命长，可重复利用。防霉菌生长，免于害虫，耐酸抗碱，性能优越，是保护管道和建筑墙面隔热理想绝热材料。

4.3复铝箔玻璃棉毡板

复铝箔玻璃棉毡板工程造价低、保温吸声效果好、施工周期短、无毒、不刺激皮肤、美观大方等特点，适用于墙体保温隔热各式要求，简捷方便、施工经济、性能优异。也可广泛用于房屋隔断，不仅降噪隔声，同时厚度小、重量轻、施工方便、增大房屋使用面积。

4.4保温砂浆

目前市面上的保温砂浆主要为两种：1、无机保温砂浆（玻化微珠防火保温砂浆，复合硅酸铝保温砂浆，珍珠岩保温砂浆），2、有机保温砂浆（胶粉聚苯颗粒保温砂浆）

无机保温砂浆是一种用于建筑物内外墙粉刷的新型保温节能砂浆材料，以无机类的轻质保温颗粒作为轻骨料，加由胶凝材料、抗裂添加剂及其他填充料等组成的干粉砂浆。具有节能利废、保温隔热、防火防冻、耐老化的优异性能以及低廉的价格等特点，有着广泛的市场需求。

与无机保温隔热系统相比，传统的聚苯颗粒隔热系统一般由三层组成：腻子层、底漆层及面漆层，它主要是由有机材料构成，其缺点是保温隔热效果差，老化性能、亲水性、抗压及抗折强度等方面的性能也较差，达不到涂料工程及环保节能的要求。而苯板或挤塑板保温隔热效果虽然比较好，但相应出现的一些问题也不可忽视，它的防火性能差，高层建筑保温层的抗风压特别是抵抗负风压不安全；用于外粘苯板的胶和塑料胀钉是高分子材料，随着时间的推移将老化变脆，因而耐久年限有限，因此欧洲及我国都规定了不低于25年使用寿命的规定；将来外保温层的破坏将对社会造成很大的损失，增加了废弃物流对环境的压力；外粘苯板不满足在建筑外墙上外贴釉面砖的需求，因万一发生火灾或经过20～30年，粘结胶和塑料膨胀钉到了使用年限时变硬、变脆，就会有釉面砖脱落的危险，因此在国标及地方标准中都要求外粘苯板的外装修是涂料。不仅如此,这种保温系统施工质量的控制难度较大，使用苯板及挤塑板时的膨胀钉会使墙体开裂和渗水，而现在的无机保温砂浆保温隔热系统不仅能解决这个问题，而且在成本、施工、保温节能、强度等方面还有更加突出的性能。

一般无机保温砂浆施工步序如下：

结论

我国绿色节能建筑材料未来发展可归结为两类：①资源节约型建筑材料，如降低单位产品原材料消耗，提高产品成品率等。充分回收利用资源，分类回收利用生活垃圾、工业废渣、旧城改造拆迁建筑废料等，减少资源浪费和环境污染，实现经济、社会、环境可持续发展；②能源节约型建筑材料，如高性能保温隔热材料、镀膜玻璃等。总之，绿色建筑节能材料具有低能耗、低物耗、多功能、少污染、可循环再利用等特征，集资源有效利用、可持续发展、清洁、环境保护为一体，值得我们进行大力推广。

参考文献：

[1] 孙尧,许国志.我国建筑节能材料的发展前景[J].山西建筑.2006(21).

冶金发展趋势范文第2篇

关键词：新材料产业；发展；现状；趋势

中图分类号：F416.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0227-04

Abstract：Industrial materials of national manufacturing industry development has a crucial influence， countries around the world attach great importance of industrial materials， developed countries in Europe and the United States of new materials production， R & D and innovation ability with each passing day. With the introduction of China's five new materials planning policy， China's new materials industry showing a good momentum of development， China's chemical industry， China National materials， China building materials， China Gangyan etc. large enterprises， and for supporting the industry of science and technology oriented small and medium-sized enterprises， such as Chongqing materials research institute ，AVIC Beijing BIAM， 725institute of china shipbuilding industry corporation， 703institute of china aerospace science and technology corporation， and a large number of emerging private enterprises.

Key words：advanced materials industry；develop；present situation；trend

新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的材料。主要包括特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料六大领域。新材料广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，其产业在发达国家已经成为一个具有技术和商业竞争力的支柱产业之一，产出在国民经济中占有重要地位[1]。新材料本身就是一个大市场，而由它带动而产生的新产品和新技术则是一个更大的市场。随着我国“一带一路”、“中国制造2015”政策出台，这给我国新材料产业的发展又带来了新的曙光和难得机遇。而发展新材料产业则已成为了世界各国竞相抢占的国际经济制高点[2]。

1 国外新材料产业概况与市场分析

美国、日本、欧洲（含俄罗斯）等发达国家一直是世界新材料的主导者。根据统计，2014年新材料技术产业在世界市场的销售额预计超过10000亿美元， 2014年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市场销售额估计已达800亿美元[3]；2014年半导体材料市场规模增长了3%，收入增长了10%，销售额达443亿美元，其中高温超导电力设备的全球销售额可达250-260亿美元，到2020年，全球与超导相关的产业的产值可能达到1500亿到2000亿美元，其中高温超导占60%；2010年全球钕铁硼永磁材料的市场需求量达13.4万吨，产值达80亿美元，带动相关产业产值700亿美元。2014年全球生物医用材料及制品的产值预计超过1000亿美元，美国约为400亿美元，是美国经济中5种高技术关键新材料产业之一[4]。

根据各种数据显示发达国家无论在新材料基础研究、应用开发、生产制造、产品商品化等各方面都居世界领先地位。仅仅从企业形态来看，他们不仅有大型新材料跨国公司，也有众多的中小型专业企业，还有许多大型装备企业集团旗下设有专门从事新材料产业的分支企业，这些分支企业依靠母公司强大财力，研发制造的新型材料经常供本公司下游产品使用[5]。美国、日本、欧洲新材料企业的主要形态：一是以材料为主业的大型跨国公司，它们并且不断地整合和重组，形成了在全球的产业链和经销链。技术也主要被这些公司垄断，如杜邦、道一康宁、巴斯夫、TDK、信越化学；二是隶属于大型公司的分支企业，由于进一步融合了上下游，新产品层出不穷；三是专业小型新材料公司，以低成本、绿色化、低碳环保为主要特点，如瑞士美泰乐公司、俄罗斯超合金公司等[6]。这些发达国家的新材料企业起步早，已具有规模大，企业研发能力强，产业链发达优势，在全球市场中占比重大。

1.1 美国

（1）通用电气公司GE公司曾拥有GR塑料公司和GE硅氧烷及GE公司石英等新材料业务。公司的PPO和聚醚酰亚胺（PEI）产量稳居全球第一，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的产量也排世界前三名。GE公司新材料年销售额为80亿美元。GE高新材料集团的业务包括有机硅产品、硅烷、密封剂、聚氨酯和黏合剂以及高熔凝石英和陶瓷材料。GE航空于2013年11月14日开工建设全新先进复合材料工厂，负责制造的CMC部件是高压u轮外环，该部件将用在LEAP发动机上。该厂是世界首家批产航空发动机用陶瓷基复合材料（CMC）的工厂。（2）杜邦公司（DUPONT）：杜邦是以材料为主业的大型跨国公司，投资遍布世界各地。杜邦是世界最大的电子材料供应商之一，为平板显示器、半导体制造、半导体封装、电路及光伏行业提供材料解决方案。在中国多个地方建立了新材料企业，生产电子材料、钛白粉、树脂、生物材料等。杜邦公司2013年销售收入364.75亿美元，世界500强排名320名。（3）美国道-康宁公司（Dow Corning）：硅基技术及创新领域的全球领导者，是康宁玻璃公司（现康宁公司）和陶氏化学公司合资而成，各占一半公司股份。目前公司为全球25000家客户提供增强性能的解决方案，并提供7000多种产品和服务，用以提高几乎所有工业领域内数千种应用的性能。康宁在中国的投资额已超过30亿美元，拥有8个生产工厂并拥有3000多名员工。

1.2 日本

日本的新材料企业普遍规模较大，大部分是从传统材料企业过渡到新材料的，但仍以材料为主业。（1）新日铁住金公司：新日本制铁公司是日本最大的铁公司，也是世界大型钢铁公司之一。公司的产品包括：圆钢、合金钢、不锈钢、各种钢管、冷/热轧钢板、化学制品、炼铁用成套设备，各种产业机械等。2012年10月1日，新日本制铁株式会社与住友金属工业株式会社合并，成立了新日铁住金株式会社。新日铁住金2013年销售550亿美元，世界排名184名。（2）TDK公司：TDK公司成立于1935年，是一家以生产铁氧体材料、陶瓷材料、磁性材料、电子元件和录音/像产品的跨国公司。2013年销售收入约75亿美元。TDK的核心技术有：半导体加工技术、薄膜成型加工技术、粉末控制加工技术。（3）信越化学公司：高科技材料的超级供应商，世界最大的晶圆制造企业、世界最大聚氯乙烯制造企业，它的重要产品还包括人造石英、有机硅、纤维素衍生产品。2010年，该公司在中国设立信越（江苏）光棒有限公司。

1.3 欧洲

（1）巴斯夫公司。巴斯夫公司是世界著名的化工材料跨国企业，2013年营业收入为982亿美元。名列世界500大企业第75位。塑料和纤维是其重要支柱之一。巴斯夫是世界最主要的塑料制造商之一，在这个领域内有许多突破性的创新。巴斯夫最大强项之一是能够根据客户的需求调整产品的性质。特别是在耐用性、质量、阻燃性方面可满足客户的所有需求。该公司还开发出了生物降解塑料。巴斯夫最著名的产品是聚苯乙烯，巴斯夫的这种材料在世界上一直处于领先地位。这种材料广泛用于计算机包装，监视器和打印机。

（2）圣戈班公司。圣戈班公司是一家位于法国的跨国企业，以材料的制造、加工、销售为主业，2013年销售收入为558亿美元，名列财富500强企业第180位。圣戈班是实用材料的设计、生产及销售的世界领先集团。生产销售的材料包括汽车和建筑玻璃，玻璃瓶，管道系统，砂浆，石膏，耐火陶瓷以及晶体。集团由五大业务部组成：平板玻璃、玻璃包装、建筑产品、建材分销和高功能材料。

（3）摩根公司。摩根公司是英国一家中型公司，以碳材料和陶瓷材料为主要产品。2001年销售收入10.51亿英镑。在全世界40个国家开展业务，产品有五大系列：磁性材料、电碳材料、工程碳材料、技术陶瓷和绝缘陶瓷。摩根公司的核心竞争力包括四个部分：出色的应用工程技术、先进的材料科技、持续高质量的制造工艺、全球管理能力。该公司具有非常的均衡产品组合并且能利用现有产品产生的利润投入新市场、新领域的开拓。例如通信领域、医用材料领域、替代能源领域。摩根公司正在努力研发燃料电池用材料。

（4）美泰乐公司。美泰乐科技为全球最著名的贵重金属及相关产品的供应商之一。业务主力是贵金属及相关的物料。美泰乐属下五个部门涉及不同的市场：精炼部主力于贵金属提炼及锭的生产；化工部主力于电子应用及装饰性工业；钟表部主力于钟表部件，同时亦包括珠宝首饰和其他奢侈产品；牙科部；而接触件部则主力于电器接触件市场。苏州工业园区成立了该公司第一个亚洲生产基地。

（5）德国汉高公司（Henkel）。世界第一大胶粘剂和密封胶生产商，世界500强，有330多家分支机构分布在全球60多个国家和地区。目前汉高集团在全球生产的产品多达1万余种，其中粘合剂方面超过3000种，粘合剂技术部有五个子业务部，分别为：通用工业、民用粘合剂、工业粘合剂、汽车业务、金属工业及航天业务。全球员工人数约50000人。中国市场是汉高全球市场的重要组成部分，亚太区业绩中超过三分之一的销售额得益于中国（包括中国香港）的市场发展。

（6）德国瓦克公司（WACKER）。欧洲第一家有机硅生产商，2010年全球销售额达47.5亿欧元，年增幅率达到了50%。全球员工人数约15600人。其有机硅销售额在全球位居第三，年均销售额 10亿欧元左右，在中国上海、江苏张家港建有研发中心和工厂。每年将年度销售额的6%的资金投入到新产品的研究开发，在全球半导体技术、有机硅化学、聚合物和精细化学品及多晶硅等领域具有绝对的技术优势。

1.4 国外新材料产业发展趋势及计划

1.4.1 美国《材料基因组战略规划》[7]

美国提出再工业化或复兴制造业，他们的制造业多半是基于高新技术支撑的先进制造业。而先进制造离不开先进材料的支持，2014年美国了《材料基因组战略规划》，预计该规划的执行时间在2015年-2018年之间。在资金投入方面，美国联邦政府已投入了2.5亿美元用于基础设施研发和创新。该规划公布了9大材料类别研究领域下的63个重点方向，其中树脂基复合材料、关联材料、电子和光子材料、储能材料以及轻质结构材料这5类材料涉及到的37个重点方向对国家安全影响重大。

1.4.2 俄罗斯公布《2030年前材料与技术发展战略》细节[2]

该战略预期执行时间为2014年-2030年。从2014年开始实施，5年内总拨款规模约为500亿卢布。主要涵盖18个战略发展方向，包括智能材料、金属间材料、高温金属材料、聚合物材料、纳米结构复合材料和涂层等等，战略本身将附带10个主要计划。在18个战略发展方向中约80%的方向与发动机研制和现代化有关，主要有以下5个方面：单晶耐高温合金发动机叶片、自组织纳米复合材料涂层、高梯度定向结晶技术、真空熔炼技术、发动机材料与国际标准接轨。

1.4.3 欧盟石墨烯旗舰计划首份招标公告和科技路线图

石墨烯旗舰计划预期执行时间是2013年-2020年期间。资金投入方面分两个阶段进行，初始阶段（2013年10月1日-2016年3月31日）共资助5400万欧元；稳定阶段（2016年4月开始）预计每年资助5000万欧元。2014年2月初该计划了首份招标公告和科技路线图，介绍了拟资助的研究课题和支持课题，以及根据领域划分的工作任务，每项课题都涉及多项工作任务。主要包括3个重点方向：新兴传感技术与生物学的融合、面向射频应用的无源组件、高频电子学。

1.4.4 欧盟制定 “欧洲冶金计划”

“欧洲冶金计划”预期执行时间是2014-2020年期间。预计该计划总经费投入10亿欧元。2014年9月9日W洲空间局联合一些知名研究机构和超过180家欧洲公司，启动名为“欧洲冶金”计划的研究，旨在发展21世纪新型金属及其制造技术，参与该计划的大型公司有：空客、罗罗、西门子、BAE系统公司等。该计划将围绕13个主题开展，包括用于空间和核系统的新型耐热合金、基于超导合金的高效电源线、可将废热转化为电的热电材料、生产塑料和药物的新型催化剂、用于医疗移植的生物相容性金属，以及高强度的磁系统等。

1.4.5 日本最大碳纤维供应商东丽公司制定中远期碳纤维“计划AP-G 2016”

“计划AP-G 2016”预期执行时间是2014-2017年期间。从2014年开始，三年内投资1800亿日元用于技术开，另外投资4000亿日元用于资产建设。2014年2月，东丽公司宣布该计划，作为正在进行的“AP-G 2013计划”的延续。该计划旨在通过“创新和激进的管理”实现业务快速增长。东丽公司将在“项目AP-G 2013”的基础上扩大业务增长的支柱业务领域和地区和增强竞争力，利用其综合优势，实现绿色创新的业务扩展（GR）计划、亚洲和新兴国家的业务扩展（AE）计划，和总成本降低（TC-II）计划。

1.4.6 德国工业4.0[8]

为确保德国制造业的未来，德国提出具实施战略主动权的第4代工业模式（RecommendationsforImplementing the Strategic Initiative Industries 4.0）。目前，已将物联网和互联网服务引入生产环节。可以预见不就的将来，企业将建立涵盖机械、仓储系统及生产设施在内的全球信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）。这些信息将包括智能机械设备、仓储系统和生产线，它能够独立自动地交换信息、彼此独立地控制生产设施。有利于参与制造、加工、材料使用以及供应链和生命周期管理的工业流程。

2 国内新材料产业概况与重点企业分布

2.1 国内新材料产业概况

经过几十年奋斗，我国新材料产业从无到有，不断发展壮大，在体系建设、产业规模、技术进步等方面取得明显成就，为国民经济和国防建设做出了重大贡献，具备了良好发展基础。目前已经有40多个城市形成了不同规模的新材料产业集聚区。中国现已经批准设立的国家级新材料产业基地有129个（7个高技术产业基地、32个新型工业化示范基地和90个高新技术产业化基地），这些基地分布广泛、特色鲜明，已初步呈现出集群化分布特征，形成“东部沿海聚集，中西部特色发展”的空间布局。广州、天津、青岛等地已逐渐发展成为化工新材料产业基地；甘肃金昌、湖南长株潭、陕西宝鸡、重庆及山西太原等内陆地区依托资源优势成为航空航天材料、仪表材料、能源材料及重大装备材料的主要基地[9]；大连、福州、厦门等在光电新材料以及电子信息材料领域具有较强优势；江苏徐州、河南洛阳、江苏连云港、四川乐山等地硅材料产业也呈现出良好的发展态势[10]。

新材料产业规模不断壮大。自2010年以来，中国新材料产业规模一直保持稳步增长，由2010年的6500亿元增长至2014年的1.6万亿元左右，年均增速保持在25%左右。其分布详如图1和图2所示。

其中，稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。部分关键技术取得重大突破。我国自主开发的钽铌铍合金、非晶合金、高磁感取向硅钢、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、超硬材料、间位芳纶和超导材料等生产技术已达到或接近国际水平。新材料品种不断增加，高端金属结构材料、新型无机非金属材料和高性能复合材料保障能力明显增强，先进高分子材料和特种金属功能材料自给水平逐步提高。我国新材料产业仅有10%左右的领域为国际领先水平，60%～70%领域处于追赶状态，还有20%～30%的领域与国际水平存在相当大的差距，中国新材料产业的研发水平比发达国家落后5年，不过这种差距正在逐步缩小。但是，我国新材料产业总体发展水平仍与发达国家有较大差距，产业发展面临一些亟待解决的问题，主要表现在：新材料自主开发能力较薄弱，大型材料企业创新动力不强，关键新材料保障能力不足；产学研用未形成协调一致，产业链条短，新材料推广应用困难，产业发展模式不完善；新材料产业正处于统筹规划和政策引导阶段，研发投入还未见明显成效，基础管理工作较薄弱。

2.2 国内新材料产业重点企业

建国60多年来，我国已建立完整的工业体系。经过几番变迁，我国新材料领域已拥有一批大型中央企业和一大批科技型中小企业。包括大型新材料企业（集团），如中国化工、中国中材、中国建材、中国钢研等；以及为各行业配套的科技型中小企业，如重庆材料研究院、中航工业北京航材院、中船725所、航天703所等，同时还有一大批新兴的民营企业。部分企业概况如下：

（1）中国化工集团公司。中国化工是我国最大的基础化学制造企业。2013年世界500强企业276位。其下属中国蓝星（集团）总公司是以化工新材料和特种化学品为主业，总资产300多亿元，年销售额300多亿元。蓝星集团有机硅单体、PVC糊树脂生产规模居全球第三，蛋氨酸产品生产规模和市场份额均居全球第二位。蓝星拥有中国最大的双酚A装置和亚洲唯一的连续酯交换法PBT工程塑料生产装置，工业硅、钛白粉、铬酸酐、环氧树脂、彩色显影剂等产品占国内市场主导地位，苯酚、丙酮生产技术居国内领先水平，是中国唯一的离子膜电解槽设备制造商。

（2）中国中材集团有限公司。中材集团是我国唯一在非金属材料业拥有系列核心技术和完整创新体系的，集科研、设计、制造、工程建设、国际贸易于一体的创新型、价值型、国际型企业集团。拥有“三大主导产业”--非金属材料制造业、非金属材料技术装备与工程业、非金属矿业。2013年中材集团资产规模1115.8亿元，营业收入737.1亿元，列中国企业500强178位。

（3）中国钢研科技集团有限公司。中国钢研是我国金属新材料研发基地、冶金行业重大关键与共性技术的创新基地、国家冶金分析测试技术的权威机构。中国钢研相继建立了北京中关村永丰、丰台、昌平、空港产业基地；河北涿州新材料产业园、石家庄产业基地；在天津、上海、山东、广东、吉林、四川等地也建设了研发和产业化基地。实施了包括非晶材料、药芯焊丝材料、高温合金材料、难熔合金材料、高品质金刚石锯片材料、高速工具钢材料、稀土磁性材料、高品质特殊钢材料、冶金电气自动化设备生产线、等静压加工和设备制造中心等产业化项目，为我国新材料产业、冶金工艺工程产业、工业电气自动化、分析测试产业的发展做出重要贡献。

（4）北京有色金属研究总院。有研总院是我国有色金属行业规模最大的综合性研究开发机构。其组建了若干高技术产业化公司，并在微电子材料、光电子材料、稀土材料、有色金属粉末、特种有色金属加工材料、新能源材料、高端冶金装备等方面形成了产业集群。有研新材料股份有限公司是其下属上市公司，主要从事半导体硅材料、高纯/超高纯稀土材料、光电材料和贵金属材料等新材料的研发与生产，是我国有色金属新材料行业的骨干企业。

（5）北京矿冶研究总院。矿冶总院是中国以有色金属采矿、选矿、冶金为主的综合性研究单位，兼搞黑色、稀有和贵金属的研究。该院从事金属、合金、陶瓷、复合涂层材料，粉体材料与制品、材料表面工程技术的研究开发及产业化。拥有合金粉末、陶瓷粉末、复合粉末、热喷涂制品加工及铝合金添加剂等多条专业化生产线，年产四大类1000多吨新材料产品，并提供高性能涂层材料及成套工艺技术服务。致力于电池材料和电子陶瓷粉体材料的研究开发，主要产品为钴酸锂、锰酸锂、草酸钴、氧化钴、氧化铋、氧化硅、氧化锑和碳酸锰等。

3 结语

目前，全球新材料产业发展迅猛，深刻地影响着各国经济、文化等诸多方面。从新材料领域的产业化程度分析，我国在新材料领域与发达国家还存在较大差距，尤其表现在高技术成果未能迅速有效地实现产业化、商品化的环节上[11]。而新材料开发具有风险性和长期性的特点，国家仍将是主要的支持者和投资者，发达国家都把先进材料的研发列入国家预算，并纷纷研究和制定相关的重大发展规划，从战略高度认识、关注和优先支持新材料产业发展材料。综合上述，列出以下几点建议：一是要顺应宏观引导，强化政策支持突破新材料工程化、产业化的技术瓶颈；二是积极发挥重大项目带动作用，凝聚上下游产业链；三是重点凝聚产业高端人才，强化人才梯队建设[12]；四是促使新材料大规模应用，构建我国新材料技术标准体系；五是快速与国际产业水平接轨，同时加强材料科学的基础研究和技术创新[13]；六是吸引多方投资，利用现代信息网络拓展产销链，以信息化促工业化发展。

参考文献

[1]黄晓普.后金融时期我国新材料产业的困境与对策[J].求索，2012（10）：51-52.

[2]中国新材料技术协会.2014年度国外出台的五大材料发展战略规划[C].（第八届）军民两用新材料坛，2015.

[3]刘玲玲.释放负离子的居室功能材料研究[D].2009.

[4]刘庆宾.中国战略性新兴产业研究与发展――功能材料[M].2016（05）：7-8.

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冶金发展趋势范文第3篇

摘要： 分析了高端铜材(高性能铜材)在电线电缆、电子电气、交通运输、新能源和空调冷冻等传统应用领域以及可再生能源、水产、抑菌表面、电力驱动和地震能量耗散等新兴应用方面的需求.概述了发展高端铜材的技术途径：高纯化、微合金化、复合多元化、材料复合化以及短流程加工、复合强化和快速凝固等技术.最后提出了高端铜材产品技术研发的11项参考建议.

关键词： 高端铜材; 应用领域; 技术途径; 产品研发

中图分类号： TG 146.1+1文献标志码： A

Development Evolutive Direction of Highend Copper Product

CHEN Xingzhang1, FANG Shouyi2

(1. Nonferrous Metals Society of Shanghai, Shanghai 200070, China;

2.Chinalco Shanghai Copper Co., Ltd., Shanghai 200940, China)

Abstract： Analysis the highend copper′s (high performance copper)demand in the traditional application fields including wire and cable,electronic and electrical,communication and transportation,new energy,air conditioning refrigeration etc.And new emerging areas including renewable energy,aquatic product,antibacterial surface,electric drive,seismic energy dissipative in addition.Expounding the technological approaches to develop the highend copper: high purity,micro alloying,composite copper alloying,multiple materials,short flow processing,composite reinforcement,rapid set etc.Put forward 11 items suggestion about the highend copper products technology research and development in the end.

Key words： highend copper; application area; technological approaches; product research

0前言

铜是一种古老而又现代的金属,在人类社会生活中应用极为广泛.铜具有的独特性质：优良的导电性、导热性、抑菌性、耐腐蚀性、可成型性、易于制成合金、可循环利用和美学外观等,使铜成为人类文明和发展进程中密不可分的一部分.目前为止,似乎还没有一种单质或合金态金属能像铜一样具有如此众多的实用特性.

铜的这些独特性质,通过科学研究,经过加工制成各种品种、规格的铜及铜合金材,广泛应用于电线电缆、电子电气、空调冷冻、交通运输和新能源等领域.

从世界范围看,应用铜和铜合金材主要性能的占比约为:导电性64%,耐蚀性23%,强度12%,装饰性1%.全球每年约2 200万t铜的终端用途为:电力线缆16%、建筑线缆13%、磁力线缆11%、铜管9%、合金棒7%、设备7%、铸件7%、铜6%、合金板材6%、汽车3%、裸线3%、电子/数据3%以及其他9%［1］.

目前,世界铜材的发展以美、日、德等铜加工发达国家为代表.铜加工企业在20世纪末期已基本完成了优胜劣汰、兼并重组的整合进程,建立了跨国集团并进行全球化经营.

中国是世界铜材生产和消费大国.2009年以来,铜材产能产量增速至今未减,年均增长率约达7%［2］.据有关部门统计,中国铜材产量2012年为1 101.37万t,2013年1―10月为1 194.90万t,同比增长22.31%,2013年底达1 200万t.在国家整体下调经济增长速度的形势下,铜材产量仍依惯性有较高增长.尽管如此,国产铜材仍不能满足国内市场,尤其是高技术产业的需求,每年需耗巨额外汇进口.2012年,我国进口铜材66.86万t,其中:箔材27.58万t、板带材12.47万t、丝材17.11万t和管材1.95万t.诚然,我国铜材亦有出口,2012年出口量为49.31万t,其中:箔材18.92万t、管材16.18万t、板带材2.73万t和丝材1.83万t.我国出口的箔材为电解铜箔,内外螺纹精密铜管是主要的管材出口品种,而进口的箔材为压延铜箔和高精电解铜箔,进口的板带材为高精铜板带.要提及的是:铜材吨产品出口创汇和吨产品进口耗汇相差很大.以电子铜箔产品为例,吨出口创汇6 860美元,吨进口耗汇11 780美元,均价差额4 920美元.

我国进口的铜材均为高性能铜材.这一现实表明:我国虽为铜材生产大国,但并非铜材强国.努力发展高端铜材,尽快改变铜材不适应市场需求和高端铜材主要依赖进口的局面,是摆在铜加工产业和科技工作者面前的一项重要任务.

上海有色金属第35卷

第1期陈兴章,等:高端铜材发展诌议

1应用领域需求分析

1.1传统应用领域

1.1.1电线电缆

电线电缆的主要功能是电能传送、信息传递以及电磁能量的转换.电线电缆中绝大多数的导电线芯和大部分电缆的护套都是由铜和铝等导电金属材料制成,其中铜是最主要的导电金属.数据/信号传输的铜线缆具有更宽的宽带以及更低的能耗,更易于安装和连接.铜还能共用一根线缆传输电力和数据,从而简化数字娱乐、通信、计算、安全设备与高速网络的连接.电线电缆行业的铜消耗量占铜总消耗量的64%左右.与电线电缆行业相关的铜和铜合金材制品主要包括铜杆、铜线、铜带、铜铝、铜钢双金属线和型(排)材等,这些铜材广泛用于电线电缆、电力电缆、通信电缆(包括光纤电缆)以及绕组线等线缆制造.

电线电缆领域应用的高端铜材主要是:电缆铠装用厚度及宽度偏差小、卷重大和导电率高的纯铜带(俗称“电缆带”);护套用高强度复杂黄铜带;高铁线路用铜银、铜锡银、铜镉、铜铬锆、铜镁合金接触线及铜包钢复合接触线.

1.1.2电子电气

电子、电气领域应用的高端铜材包括:电真空器件用高纯无氧铜和弥散强化无氧铜和挠性印刷电路板等用压延铜箔;集成电路引线框架用铜合金带(CuFeP系列高导电铜合金、中导电中强度铜合金,CuNiSi系列、CuCrZr系列固溶时效强化型铜合金.后者强度≥600 MPa,导电率≥80%IACS,满足超大、甚大规模集成电路发展需求)［3］.

1.1.3交通运输

良好的耐海水腐蚀性能使许多铜合金成为船舶制造的标准材料.

在镍为主要合金元素的铜合金(白铜)基础上,加入锌、锰、铝和铁等制成的锌白铜、锰白铜、铝白铜和铁白铜材料,具有较高的力学性能、优良的耐腐蚀性能和抗氧化性能.在大气、淡水和海水中有很高的耐蚀性,在碱性盐溶液和有机化合物溶液中的耐蚀性也很好,卤素和CO2在室温下对白铜几乎不起作用.用白铜合金制造的耐蚀导管等,被大量应用于舰船上,特别是用于大型军舰和大吨位船舶使用的大口径薄壁海水管道的制造.

在汽车制造方面,铜及铜合金用于散热器、制动系统管路、液压装置、齿轮、轴承、刹车摩擦片、配电和电力系统、垫圈以及各种接头、配件和饰件等.变速器同步器是各类汽车变速的关键部件,其齿环材料多采用高强度、耐磨的复杂黄铜合金(CuMnSi系列多元复杂黄铜、CuAl系列复杂铝黄铜).该类合金具有高的耐磨、耐蚀和耐冲击能力,热塑性优良,易于切削加工.近年来,QSn6.50.1、QSn80.3等锡青铜以及部分高性能铜合金(如C19400、C10500)被逐步应用于高端汽车的电器、电子系统.

1.1.4新能源

太阳能光伏铜带是太阳能光伏电池组件所需的导电、导热材料,要有良好的导电、导热性能,较小的宽度、厚度偏差,表面平整光洁且易于涂覆处理(光伏铜带镀锡、光热铜带镀黑铬).

1.1.5空调冷冻

空调器和冷冻机的控温作用主要通过热交换器铜管的蒸发及冷凝作用实现.热交换传热管的尺寸和传热性能,在很大程度上决定了空调机和制冷装置的效能和小型化.空调器和冷冻机采用的铜管是高导热性异型管.利用铜优良的导热特性和良好的加工性能,开发和生产带有内槽和高翅片的散热管,用于空调器、冷冻机、化工及余热口收集装置的热交换器制造,可使新型热交换器的总热传导数大幅提高,是用光铜管的2～3倍,采用低翅铜管的1.2～1.3倍.

1.2新兴应用领域

除了上述传统应用领域,一些新兴应用领域也将为高端铜材打开全新的市场,每个领域也都需要改进和开发新的以铜为基础的技术,制备符合使用要求的铜材.

1.2.1可再生能源

太阳能光伏系统需要铜材来传输电力、接地、制造开关和控制系统元件.海底系统也得益于铜合金对生物淤积和腐蚀的耐受力.铜与相应材料(PCM)的组合已经证明能够提升太阳能发电系统的导电能力.

1.2.2水产

海洋水产养殖铜合金网箱能够解决捕鱼业面临的重大问题.使用合成材料和抗淤积涂层制造的传统网箱,在使用数月后会覆盖海洋生物;而铜合金网箱使用多年后也不会产生淤积,无需清理或更换,使鱼类更健康,从而提高鱼的生长速度.另外,铜合金结构的强度和刚度也足以有效防止捕食者的进攻和鱼群的逃跑.

1.2.3抑菌表面

铜接触表面能够抑制有害微生物的生长,同时减少病毒传播的机会.在保健机构和公共场所,经常接触人体的医疗设备用铜表面能够抵抗细菌,减少医院传染,包括危险的抗药性生物传染.此外,铜还能防止霉菌在加热、通风和空调系统中产生气味,影响空气质量和系统效率.

1.2.4电力驱动

汽车电力驱动系统正朝着高端工艺、紧凑和高效的方向发展.电力驱动系统的电池、电气控制、再充电插头和引脚、电机和热管理系统等均用到铜材.电动汽车充电系统需要电力设施进行变革,铜材的使用将有益于此.

1.2.5地震能量耗散

地震会损坏建筑、内部设施以及使用者.使用铜基装置,可以隔离建筑结构与地面的移动,或吸收地震能量,限制建筑物的移动,从而控制上述危害.这一新的应用领域利用了超高弹性铜合金以及精炼铜的塑性变形性能.

2发展高端铜材的技术途径

在传统铜及铜合金材技术体系的基础上,发展高端铜材的技术途径主要有高纯化、微合金化、复杂多元合金化、材料复合化和新型加工技术等五个方面［4］.

2.1高纯化

高纯化的主要目的在于尽可能地提高铜材的导电、导热性能.工业用铜的质量分数一般为99.90%～99.95%.铜的质量分数提高到99.99%(4N),甚至99.999 9%(6N)的超纯铜,铜中杂质含量要求就更严格.如铜中氧的质量分数从0.01%～0.05%降低到0.001%～0.005%,直至0.000 02%～0.000 03%,最大限度地减少了杂质氧对铜导电、导热性能的影响.典型的高纯铜产品有:网络传输连接导线用高纯铜、电真空器件用高纯无氧铜、超导体用单晶铜和超纯铜.与多晶铜相比,单晶铜的电阻率降低了31.7%(≤1.72×10-8 Ω・m),氧的质量分数＜5×10-4%,氢的质量分数＜0.5×10-4%,密度＞8.92 g/cm3,强度下降24.71%,伸长率增加2.39倍,断面收缩率增加4.14倍.

2.2微合金化

微合金化的目的是以牺牲最小的导电、导热性能,换取其他性能的明显提升.在纯铜中加入质量分数0.1%左右的铁、镁、碲、硅、银、钛、铬、锆或稀土元素,可提高铜合金材料的强度、硬度和抗软化温度等.有氧韧铜和高强高导铜合金是最主要的微合金化铜及铜合金.

有氧韧铜是相对于无氧铜而言的,其铜的质量分数为99.90%以上,与一般纯铜一致,氧的质量分数控制在0.005%～0.020%,实现导电率100%IACS.

高强高导铜合金因其良好的综合性能,受到世界各国材料科技工作者的青睐,是近年来发展最快的一类新型铜合金.其微合金化加入的元素主要有磷、铁、铬、锆、镍、硅、银、锡和铝等,代表性合金体系主要有CuP、CuFeP、CuNiSi、CuCr/CuCrZr、CuAg/CuAgCr/CuAgZr、CuSn,以及加入稀土的铜合金.微合金化铜合金的其他组元的质量分数总和一般为0.1%～3.0%.

2.3复杂多元铜合金化

为进一步改善铜和铜合金的强度、耐蚀性、耐磨性及其他性能,或者为了满足某些特殊应用要求,在现有青铜、黄铜和白铜等合金的基础上,添加多种组元,实现材料的高弹性、高耐磨、高耐蚀和易切削等性能.4个或4个以上的多组元合金化成为铜合金开发的另一个热门课题.典型的多元复杂铜合金有:多元锰黄铜、硅锰黄铜、加硼锡黄铜和无铅易切削铜合金等.这些多元复杂铜合金的共同特点是强度高(材料的抗拉强度达600～700 MPa)、韧性好.这类铜材常用于制造汽车同步器齿环、高压油泵摩擦副或电极铜楔,其使用寿命比普通铜材高.

近年来,随着人们环保意识的增强,铜合金制品中的铅、铍、镉和砷等元素受到关注,涉及应用铜材的制品包括:食品器械、卫浴器具和饮水管道等.从而导致了无铅易切削黄铜和无铍高弹性铜合金和无砷耐蚀铜合金等环保型铜合金材料的开发热潮.

2.4材料复合化

铜合金材料强化的主要方式,一是引入合金元素强化铜基体形成合金,二是引入第二强化相形成复合材料.弥散强化无氧铜是典型的人工复合材料,常用的弥散强化质点包括Al2O3、SiO2、ZrO2、Y2O3和ThO2等.人工复合材料制备方法,是指人为地向铜中加入第二相颗粒、晶须或纤维对铜基体进行强化.质量分数为0.01%～1.00%的第二相组分,对铜基体的强化作用已十分明显,尤其是大幅提升材料的高温强度.如Cu0.5%Al2O3(质量分数)合金的抗拉强度达500～800 MPa,导电率达85 %IACS以上,经过900℃烧氢后的强度仍可达200～400 MPa.

另一类发展较快的铜材是铜基原位复合材料(自生复合材料).铜基原位复合材料是指在铜基体中,通过元素之间或元素与化合物之间发生放热反应生成增强体的一类复合材料.这类复合材料中的增强体没有界面污染,与基体有良好的界面相容性,与传统的人工外加增强体复合材料相比,其强度有大幅提高,同时保持较好的韧性和良好的高温性能.如Cu20%Nb(体积分数)复合材料具有近2 000 MPa的强度;Cu18%Nb(质量分数)复合材料的导电率为67 %IACS,抗拉强度达1 450 MPa.其他如CuFe、CuTa系复合材料也具有较高的室温强度和高温强度,通常室温强度可达800～1 500 MPa.

2.5新型加工技术

铜及铜合金材料的制备工艺、铜合金的成分和结构、铜合金的性质,是决定铜及铜合金使用性能的三大基本要素.新型制备工艺的研究是目前铜加工研究开发机构和企业重点关注的内容.新型加工方式的开发和应用,既对铜及铜合金新材料的研究开发、应用和产业化有重要作用,同时也可以有效地改进和提高传统铜合金材料的使用性能,对传统铜合金材料的升级起引领作用.铜及铜合金加工领域的新型加工方式主要包括:短流程加工技术、复合强化技术和快速凝固技术等.

2.5.1短流程加工技术

由于铜资源短缺,价格久高不下,加之铜材生产工艺技术和装备比较落后,加工成材率偏低,导致铜材生产成本较高,铜材产品价贵,造成不少下游产业寻求替代材料.然而,现阶段铜材的被替代是非常有限的.因此,大力开发和推广应用短流程工艺技术,是铜加工产业发展趋势的特征之一.它有助于降低铜材的制造成本,提高产品的市场竞争力.

熔炼铸锭热加工冷加工是传统经典的三段式铜材加工工艺路线.熔铸、坯锭加热和热加工工序的设备投资大,工序能耗高,环境污染较重,工序成本占加工总成本的比例很高.

铜加工短流程工艺路线的核心是采用连续铸造或连铸连轧的方式直接生产用于冷加工的坯料(包括板带材的带坯、实心盘圆或空心管坯),替代传统工艺中的立式铸造加热热加工工序,实现节能、减污、提高成品率和生产效率的目标.铜加工短流程工艺是确保产品质量、环境友好、节省能源和减少建设投资的创新工艺.发展短流程工艺是铜加工业的重要技术发展方向.

铜加工短流程工艺最成功的范例是美国最先兴起的铜线杆连铸连轧工艺和中国的内螺纹空调铜管铸轧生产技术.当前,铜加工短流程工艺正在国内迅速发展并产业化.目前国内应用的铜加工短流程生产工艺还有:

(1) 上引法连续铸造技术.除用于无氧铜或纯铜坯料生产外,已拓展到低合金(银铜、镁铜等)产品的生产.

(2) 水平连续铸造技术.可生产带卷坯料和棒、型、线材坯料.连铸品种包括锡磷青铜、锌白铜、黄铜带坯及其棒、管坯.采用潜流联体炉为主的水平连铸机列可以生产无氧或低氧铜带坯.采用电磁搅拌技术后,带坯结晶组织改善,表面质量提高,石墨结晶器使用寿命延长.

(3) 连续挤压技术.在上世纪70年代被提出后,其中的Conform连续挤压法是目前应用最广、工业化程度最高的连续挤压方法.近年来,国内的大学、研究机构、设备制造单位与铜加工企业合作,进一步发展了连续挤压技术,特别是实现了扩展连续挤压的技术创新,形成了以上引法铜线杆为坯料的铜及铜合金棒、型、线材及带坯生产新技术.目前,中国铜加工连续挤压技术和装备的应用为世界领先.

(4) 管材盘管式生产法.该生产法已成为我国铜管材的代表性先进技术,其中空调器用高效散热内螺纹铜管生产技术已走在世界前列.国内铜盘管生产技术的特点是管坯生产方式的多样化,有大锭热挤压-高速轧管法、水平连铸-行星轧制法和上铸(又称上引)-轧管法.这三种方法均已产业化,可适应不同的投资和生产规模.

2.5.2复合强化技术

根据各成分在复合材料中的分布不同,复合材料分为层状复合材料和分散复合材料.

层状复合材料是各组元材料自成一个或几个整体,组元之间以界面接合方式复合成一体的材料,因而也称接合性复合材料.传统的层状复合材料有铜-铜合金、铜-银、铜-铝、铜-铁以及铜与其他非金属材料(陶瓷、有机高分子材料等)复合的材料.材料形态有铜板带材的层层复合、铜管棒材的包覆等.早期的铜基复合材料主要采用层状复合技术,用不同厚度的纯铜与锡青铜或者银与锡青铜板材,通过爆炸方式将两者复合成一体,形成层状复合板坯,然后轧制加工成复合带材产品.这样的铜复合材料利用了基体(材料的较厚部分)的强度,同时获得了较好的导电性能(材料的较薄部分).但此种复合加工方式的生产效率较低,产品质量较差,材料卷重受到较大限制;而且复合过程危险性大,操作人员安全难以保障,已基本退出了历史舞台.后期的铜基复合材料主要采用冷压延复合方式进行(简称“冷复”),即采用大加工率的压延(轧制)方法,将两种不同厚度的材料复合在一起,然后进行后续加工制成带材成品.复合轧制前,基材表面需经清洗处理,复合后进行高温扩散退火,三个工序在线链接,形成现今铜基复合材料的板带式冷复合生产线.

采用层状复合方式生产的铜基板带复合材料,主要有铜与铜合金、银与铜或铜合金复合材料,主要应用于有特殊要求的电气触头.层状复合材料的另一用途是制造流通硬币,铜-镍-铜层状复合材料是良好的造币材料.管棒线复合材料则主要采用包覆的方式.例如,在铝质线杆或钢质线杆外包覆一层纯铜带,然后进行拉拔加工制成复合线材,用于通信电缆制作.铜包铝线缆或铜包钢线缆利用“集肤效应”,实现节铜、增强和降本.

分散复合材料是指一种或一种以上的材料(强化相)分散在另一种材料(基体)之中的一类复合材料.根据强化相形态的不同,又细分为颗粒弥散强化复合材料、晶须强化复合材料和纤维强化复合材料.根据强化材料(颗粒或纤维)是被直接加入基体还是在基体中通过反应(化学反应)生成的不同,分为掺入型复合材料(亦称人工复合材料)和原位复合材料(亦称生成复合材料).

2.5.3快速凝固技术

快速凝固技术是通过合金熔体的快速冷却(冷却速度≥104～106 K/s)或非均质形核的被抑制形成很大的起始形核过冷度或通过快速移动的温度场作用,使合金发生高生长速率(≥1～100 cm/s)凝固的技术［5］.运用快速凝固技术制备新型铜合金材料,是选用低平衡固溶度的合金元素加入铜基体中,通过快速凝固方式获得过饱和固溶体,然后通过时效处理使合金元素以细小的弥散相均匀析出,使材料强化,导电率提高.快速凝固的铜合金组织结构与常规熔铸的铸锭有明显差异,主要有:(1) 晶粒细化.快速凝固的铸锭晶粒细而均匀,呈微晶状态,晶粒尺寸为0.1～10.0 μm;(2) 合金元素在铜基体中的固溶度扩展;(3)成分偏析减少.在快速凝固的合金中,可能形成某些亚稳相,同时保留较多的点缺陷.

快速凝固铜合金的组织结构特点为开发新型高性能铜合金材料提供了极具吸引力的新技术.应用快速凝固技术,可以提高某些合金元素在铜基体中的固溶度,时效过程中获得大量细小且均匀的析出相,在形成弥散强化作用的同时,获得更高的导电性能.

3高端铜材产品技术研发建议

铜及铜合金加工材是有色金属材料的重要组成部分,属工业性基础性原材料.高端铜材对传统工业和新兴产业,特别是电子、信息和网络等高技术产业的发展和进步有着十分重要的支撑作用.

根据笔者的肤浅认识,提出以下高端铜材产品技术研发方向建议,供参考.

(1) 开展以降低铜材制造成本为目标的生产工艺技术开发及应用推广.包括:铜废料的回收净化利用技术;高端铜材制备可加入回收铜原料的最大量;发挥铜的卓越性质、满足使用性能要求的铜材最低铜含量范围;采用和改进铜材生产的短流程工艺等.

(2) 提升现有铜材品种的综合性能,实现稳定生产,增加产品技术附加值,提高使用可靠性,扩大产品应用范围.

(3) 研究铜材在先进的大规模、分布式系统中的用途和使用要求.如太阳能集中发电,风能发电,海浪和洋流发电,太阳能光伏发电,余热回收,海水淡化以及地热能设备或接地设备等.

(4) 开发生产适应相关应用领域变化及降低制造成本要求的铜材.如空调系统变化要求的能承受3.86 MPa工作压力和相当于3倍工作压力的爆破压力的黄铜或铜制多孔扁管;用于饮用水的壁厚0.3 mm的铜管;用于太阳能集热部件的厚0.12 mm铜板等.

(5) 开发生产为挠性印刷电路板、新能源(锂离子电池)、电子高频屏蔽以及石墨烯制造配套的高精度宽幅表面处理压延铜箔［6-7］.

(6) 开发高强高导铜材、环保铜材、海洋工程铜材、新一代引线框架铜带及其制备技术.

(7) 开发铜基复合材料制备工艺技术,研制和生产铜基复合材料.

(8) 开发铜及铜合金异型材,满足特殊使用要求,减少终端产品的加工,降低终端产品制造成本,节约昂贵的铜资源.

(9) 探索研发抑菌铜材产品,用于高危环境中接触频繁的表面.

(10) 探索研发高导电性铜材,使导电率提高130%以上,同时保持加工成导线的能力,使其在室温下也可以“超导”.

(11) 调查、探索和研发高技术新兴产业发展提出的高性能铜及铜合金材.

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