論新材料產(chǎn)業(yè)對高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的需求

張 紅，焦 炬

（中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044）

0 引言

大力培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是未來一個(gè)時(shí)期我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要國策。新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。 《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、 《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，為新材料產(chǎn)業(yè)提出了明確的發(fā)展目標(biāo)與方向。然而，為實(shí)現(xiàn)這一宏偉藍(lán)圖，離不開相應(yīng)的制造裝備的支撐。準(zhǔn)確把握新材料產(chǎn)業(yè)對于高檔數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備的需求，合理制定我國裝備制造業(yè)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，使其符合國情所需，對于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與裝備制造業(yè)相互促進(jìn)、相互支撐發(fā)展，占領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)科技競爭的制高點(diǎn)，提升我國國際競爭力具有重要的實(shí)際意義。

1 新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

新材料涉及領(lǐng)域廣泛，一般指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高和產(chǎn)生新功能的材料，主要包括新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料和先進(jìn)復(fù)合材料。伴隨世界科技進(jìn)步的提升，新材料產(chǎn)品層出不窮，產(chǎn)業(yè)升級、材料換代步伐加快。新材料技術(shù)與納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)相互融合，結(jié)構(gòu)功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯，材料的低碳、綠色、可再生循環(huán)等環(huán)境友好特性倍受關(guān)注。未來5～10年，新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展有四個(gè)主要方向：

（1）新型功能材料：新型功能材料是現(xiàn)代高新技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)。新型功能材料主要包括稀土功能材料、高性能膜材料、特種玻璃、功能陶瓷、半導(dǎo)體照明材料等。其中，稀土功能材料主要包括稀土永磁體、稀土儲氫材料、稀土超導(dǎo)材料、稀土激光材料、稀土發(fā)光材料等幾大類，在風(fēng)電、汽車、液晶顯示等諸多信息和能源高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，已成為發(fā)展新一代信息技術(shù)、節(jié)能環(huán)保、新能源、高端制造等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。

（2）先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料：主要包括高品質(zhì)特殊鋼、新型合金材料、工程塑料等。高品質(zhì)特殊鋼包括耐高溫、耐高壓、耐腐蝕電站用鋼、大型變壓器用高磁感取向硅鋼、抗腐蝕抗變形管線鋼、節(jié)鎳型高性能不銹鋼、高標(biāo)準(zhǔn)軸承鋼、齒輪鋼、模具、高強(qiáng)度緊固件用特種鋼、高強(qiáng)汽車板、機(jī)床滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌專用鋼材，量具、刀具用特種鋼和刀具用高速鋼、硬質(zhì)合金和超硬刀具材料等。

新型合金材料以輕質(zhì)、高強(qiáng)、大規(guī)格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞的高性能鋁合金、鎂合金和鈦合金為代表，主要應(yīng)用于航空航天、高速鐵路、汽車零部件、軌道列車等領(lǐng)域。

以聚酰亞胺（PI）為代表的工程塑料，以其優(yōu)異的電絕緣性、耐磨性、耐高溫、抗輻射和物理機(jī)械性能，在機(jī)械、電子電氣、儀表、石油化工、計(jì)量等領(lǐng)域應(yīng)用迅速增長，并已成為全球火箭、宇航等尖端制造領(lǐng)域不可缺少的材料之一，具有廣闊的發(fā)展前景。

（3）高性能纖維及其復(fù)合材料：高性能纖維復(fù)合材料是指用高性能纖維與高性能基體按性能設(shè)計(jì)要求，用專門的工藝復(fù)合而成的一類新型工程材料，主要包括高性能碳纖維復(fù)合材料、 高性能芳綸纖維復(fù)合材料、超高強(qiáng)聚乙烯纖維復(fù)合材料等。高性能纖維復(fù)合材料是發(fā)展國防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料。從全球看，以碳纖維復(fù)合材料為代表的先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、汽車、軌道交通、電纜、風(fēng)電領(lǐng)域等尖端領(lǐng)域得到了廣泛的工程應(yīng)用，并已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略性的結(jié)構(gòu)材料。

（4）共性基礎(chǔ)材料：①納米技術(shù)是一種最具有市場應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù)，許多發(fā)達(dá)國家都投入了大量資金進(jìn)行研究。納米材料廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、紡織、醫(yī)藥、家電、電子計(jì)算機(jī)和電子工業(yè)；②超導(dǎo)材料在超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；目前高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展；③智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。國外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國宇航公司在導(dǎo)線傳感器，用于測試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。

2 新材料產(chǎn)業(yè)對高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的需求重點(diǎn)

未來新材料產(chǎn)業(yè)對制造裝備的需求集中在新材料的制備和成形裝備兩個(gè)方面。

2.1 新材料制備

新材料制備對裝備的需求包括：①新材料制備裝備工藝數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)；②新能源汽車、太陽能光伏、太陽能光熱、風(fēng)能發(fā)電用功能性膜材料制備裝備：精密涂布設(shè)備、精密拉伸工藝裝備、專用擠出流延設(shè)備、大尺寸太陽能真空集熱管多室真空鍍膜設(shè)備；③碳纖維制備裝備：復(fù)合材料用多軸纏繞機(jī)、熱融預(yù)浸機(jī)、纖維鋪放機(jī)、超高溫?zé)釅撼尚卧O(shè)備等，如表1所示；④非晶材料和超微晶材料制備用快冷甩帶設(shè)備；⑤粉末冶金和稀土功能材料（功能陶瓷、磁性材料和熒光粉等）制備用高真空高壓氣氛燒結(jié)設(shè)備；⑥用于航空航天、核電、交通等產(chǎn)業(yè)的高性能金屬材料制備設(shè)備、大型高溫高熱等靜壓燒結(jié)設(shè)備、高純稀有及難熔金屬（鎢、鉬、鉭、鈮、鈦、鋯、鉿等）及其合金熔煉提純用多槍大功率真空電子束冷床爐、高性能鉭鈮及其合金鍛造設(shè)備及熱處理設(shè)備、鋁基復(fù)合材料大型壓機(jī)、難變形合金高純度粉末的制備技術(shù)與裝備。新材料制備對新材料制備用鑄造裝備如表2所示；新材料制備用大型壓機(jī)、擠壓成形裝置如表3所示；新材料制備用粉末冶金類裝備的需求見表4。

表1 新材料制備對專用裝備需求

表2 新材料制備對鑄造裝備需求

表3 新材料制備對鍛壓裝備需求

2.2 新材料成形裝備

對新材料的成形裝備的需求，主要來自于高端制造、新能源汽車和新能源等產(chǎn)業(yè)對于新材料的工程應(yīng)用領(lǐng)域。主要包括：①航空航天及軍用光學(xué)零件、IT產(chǎn)業(yè)和太陽能電池用新材料超精密超微加工裝備：精密加工中心、精密磨床、拋光機(jī)、切片機(jī)等，如表5所示；②太陽能產(chǎn)業(yè)及IT產(chǎn)業(yè)用非金屬新興材料鍍膜加工類裝備：異種金屬擴(kuò)散焊接、靶材與背板焊接設(shè)備、電子束焊機(jī)等，如表6所示；③高端裝備制造復(fù)合材料成形裝備，一是超大型復(fù)合材料構(gòu)件自動鋪絲機(jī)系統(tǒng)；二是復(fù)合材料三維預(yù)制體數(shù)控編織系統(tǒng)；三是大型復(fù)合材料壓力成形設(shè)備；四是大型復(fù)合材料超聲C掃描檢測系統(tǒng)；五是RTM、RFI成形成套設(shè)備；六是復(fù)合材料電動汽車車身成套制造技術(shù)與裝備。

表4 新材料制備對粉末冶金類裝備需求

表5 新材料加工對機(jī)床類裝備需求

表6 新材料成形對焊接裝備需求

3 建議與展望

新材料產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，大力拉動了裝備制造業(yè)的市場需求、拓展了其技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域；而上述需求中許多關(guān)鍵的裝備，受到國外技術(shù)進(jìn)口限制甚至禁運(yùn)，成為我國技術(shù)瓶頸。因此，更有賴于我國裝備制造行業(yè)奮發(fā)圖強(qiáng)，自主創(chuàng)新，重點(diǎn)攻關(guān)，支撐新材料產(chǎn)業(yè)打破國外技術(shù)封鎖，占領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)科技競爭的制高點(diǎn)，形成二者相輔相成、相互促進(jìn)的良性循環(huán)局面。建議國家高檔數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)對于上述新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需裝備的研發(fā)在政策和資金上予以大力支持。