特种金属功能材料国内外发展现状与趋势课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,特种金属功能材料国内外,发展现状与趋势,特种金属功能材料国内外,主 要 内 容,一、功能材料简介,二、功能材料产业现状和发展趋势,主 要 内 容一、功能材料简介,功能材料,材料划分为两大类：结构材料和功能材料,材料,功能材料,结构材料,具有特殊物理、化学和生物性能的材料,信息、生物、能源及先进制造等高新技术领域和国防建设的重要基础材料,集中体现了材料科学涉及物理学、化学、数学、力学、光学、信息科学、生物学、医学、微机械学、微加工学等多学科领域的特征,大量的材料科学基础问题和材料技术基础问题急待解决,高技术产业群，广阔的潜在市场、极为重要的战略意义,功能材料材料划分为两大类：结构材料和功能材料材料功能材料结,功能材料发展趋势,高性能化、多功能化、复合化、智能化和低成本化方向发展。,三维体材料向低维材料发展,多学科交叉,宏观向微观纳米发展,传统材料向人工设计材料,功能材料发展趋势高性能化、多功能化、复合化、智能化和低成本化,主要特点,功能特殊、性能优异、不可取代,知识密集、技术密集、属高新科技材料，难度大，保密性强。,品种规格多、形状差异大、尺寸精度高。,单件用量少、生产规模小，产品价格较贵，经济效益和社会效益好。,发展迅速，更新换代快。,功能材料,主要特点功能材料,功能材料,作用和地位：,功能材料在信息时代起到基础和核心作用。,是现代国防的坚强后盾，是决定武器装备是否先进的基础，是决胜的关键因素之一,是国民经济水平的反映，是国民经济收入的主要成分之一。,应用广泛、在许多现代装备系统中，起着大脑、心脏和经络传输等功能。,功能材料作用和地位：,功能材料,功能材料结构化,结构材料功能化 结构功能一体化,功能材料分类：,精密合金：软磁、永磁、弹性、膨胀、热双金属、电阻合金,新型功能材料：能源储存与转换材料、超导材料、半导体材料、,功能材料功能材料结构化结构材料功能化,金属功能材料,磁性材料,软磁材料,永磁材料,半硬磁材料,特种磁性材料,金属软磁材料,软磁铁氧体,永磁铁氧体,稀土永磁,铝镍钴等,磁致伸缩材料,磁阻抗材料,磁光材料,电工钢,电磁纯铁,铁镍合金,非晶微晶合金,特种软磁合金,金属功能材料 磁性材料 软磁材料 永磁材料 半硬磁材料特种,功能材料的应用状况,功能,材料,应用,电力,军事,生物,仪表,信息,新能源,通信,电子,航天,交通运输,家用电器,科学研究,功能材料的应用状况功能电力军事生物仪表信息新能源通信电子航天,产业现状及发展趋势,产业现状：,1.,产业体系初步建立,形成了研发、设计、生产和应用，品种和门类较为齐全的产业体系,2.,产业规模不断壮大,“十五”、“十一五”期间，产业发展迅速，,部分材料产能居世界前列,3.,部分关键技术取得重大突破,非晶合金、取向硅钢等达到或接近国际水平,4.,创新能力弱、保障能力差,产业现状及发展趋势产业现状：,产业现状及发展趋势,发展趋势：,1.,新技术的融合：,纳米技术、生物技术、信息技术等与新材料技术的融合,2.,结构与功能一体化,3.,功能材料智能化,4.,战略性新型产业需求,节能环保、信息技术、装备制造、新能源,产业现状及发展趋势发展趋势：4.战略性新型产业需求,规划,决定中关于新材料产业的论述,积极发展高品质特殊钢、新型合金材料、工程塑料等,先进结构材料,大力发展稀土功能材料、高性能膜材料、特种玻璃、功能陶瓷、半导体照明材料等,新型功能材料,提升碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等,高性能纤维及其,复合材料,发展水平,规划决定中关于新材料产业的论述积极发展高品质特殊钢、新型,发展重点,特种功能材料：,1.,稀土金属功能材料：,提高性能、扩大高端应用、增加产品附加值，发挥资源优势，壮大产业规,模。大力发展稀土永磁、发光、储氢、催化、抛光材料产业。,2.,稀有金属材料：,高纯稀有金属靶材、钨钼、铼等及合金制品，硬质合金、原子能级锆材等,3.,半导体材料：,高纯度、大尺寸、低缺陷、高性能、低成本。电子级多晶硅、大尺寸单晶,硅、抛光片、外延片等材料，开发,GaN,、,GaAs,、,SiC,、,InP,等半导体，,CuInGaSn,、,CuInS,、,CdTe,等光伏薄膜材料,4.,其它功能材料：,高磁感取向硅钢、铁基非晶合金带材、超细超纯铜合金,5.,关键装备,发展重点特种功能材料：,重大工程（专项工程）,1.,高强轻型合金材料专项工程,2.,高性能钢铁材料专项工程,3.,稀土及稀有金属功能材料专项工程,4.,碳纤维低成本化与高端创新示范工程,5.,高性能膜材料专项工程,6.,先进电池材料专项工程,7.,新型节能绿色建材示范应用专项工程,8.,电子信息功能材料专项工程,9.,生物医用材料专项工程,10.,新材料创新能力建设专项工程,重大工程（专项工程）1.高强轻型合金材料专项工程,一、稀土功能材料,一、稀土功能材料,稀土在新材料中的应用,稀土材料,生物材料,储氢材料,磁性材料,发光材料,催化材料,信息材料,国防军工,航空航天,汽车家电,信息通信,绿色能源,稀土在新材料中的应用稀土材料生物材料储氢材料磁性材料发光材料,发达国家：将稀土列为,重要战略资源,稀土新材料研究和相关应用产业作为,重点发展领域,资源第一,占世界的,35%,生产第一,占世界的,95%,出口第一,占国外用量的,90%,应用第一,占世界的,60 %,稀土功能材料,发达国家：将稀土列为重要战略资源资源第一生产第一出口第一应用,新材料应用比例已上升到应用总量的,53,，,新材料应用中的,64,为稀土永磁，,9%,为稀土储氢合金,稀土永磁材料已成为稀土应用领域中发展最快和最大的产业。,稀土材料产业状况分析,新材料应用比例已上升到应用总量的53，稀土材料产业状况分析,稀土功能材料：稀土永磁,稀土功能材料：稀土永磁,从产值上来说，,中国占,64,，,日本占,34,，,欧美,2,。,2010,年全球,NdFeB,磁体,产值,分布图,2010,年全球,NdFeB,磁体,产量,分布图,NdFeB,磁体产量,/,产值分布图,中国已超过世界总产量的,83,日本占,16,欧美不到,1,从产值上来说，2010年全球NdFeB磁体产值分布图2010,我国钕铁硼产品结构,日本钕铁硼产品结构,钕铁硼产品结构,我国钕铁硼产品结构日本钕铁硼产品结构钕铁硼产品结构,NdFeB,产业存在的问题,1.,专利许可,2.,产业分散,3.,缺乏向元器件和整机一体化发展,4.,高端产品占有率较低，仅为,37%,左右，而日本几乎全部为高端产品；我国生产的磁体磁能积,+,矫顽力在,56-65,之间，在耐高温及超高矫顽力,NdFeB,磁体（磁能积,+,矫顽力,70,）的产业化生产上仍存在一定差距。,在高技术领域对永磁材料提出更为全面的技术指标要求。,NdFeB产业存在的问题1.专利许可,我国烧结,NdFeB,研发和产业回顾,“,十五,”,、,“,十一五,”,期间，在“,863,”等国家项目的支持下，我国高性能烧结钕铁硼的研发及产业化取得了一系列可喜的进步。,重点解决,产业化各环节关键技术,产业化技术装备和工艺,提升了,稀土永磁产品档次,国家稀土永磁产业的国际竞争力,我国烧结NdFeB研发和产业回顾“十五”、“十一五”期间，在,掌握,N55,系列高档烧结钕铁硼磁体制备技术,解决了千吨级高性能钕铁硼永磁生产线中存在的共性问题，提升了我国烧结钕铁硼产业水平。,掌握N55系列高档烧结钕铁硼磁体制备技术 解决了千吨级,三、稀土永磁产业技术发展方向,根据国家战略规划和重大工程,对稀土永磁材料提出新的需求,重点集中在以下六个方面,一、超高磁能积,超高矫顽力烧结钕铁硼磁体的研制,二、低成本、低重稀土永磁材料的制备,三、粘结稀土永磁材料制备与应用关键技术,四、高性能稀土永磁材料表面处理关键技术,五、先进热压钕铁硼永磁材料及其规模化制备技术,六、高性能稀土永磁材料的温度稳定性和长期服役特性,三、稀土永磁产业技术发展方向根据国家战略规划和重大工程重点集,1.,超高磁能积、超高矫顽力烧结钕铁硼磁体的研制,性能提高,10%,节约原材料,20%,Br(T),M,0,H,cJ,(T),(BH),MAX,(kJ/m,3,),理论值,1.60,6.7,512,实验值,1.55,0.82,474,达到程度，,%,97%,12%,93%,NdFeB,主要指标与理论指标对比,H,cj,+(BH),max,70,1.超高磁能积、超高矫顽力烧结钕铁硼磁体的研制性能提高10%,低重稀土,混合稀土,高丰度稀土,2.,低成本、低重稀土永磁材料的研究,使用,LaCe,等替代,Nd,平衡利用稀土资源。,低重稀土混合稀土高丰度稀土2. 低成本、低重稀土永磁材料的,3. 粘结稀土永磁材料制备与应用关键技术,粘结稀土永磁是稀土永磁行业的一个重要分支，,与烧结磁体的比例大约为,1:10,。,MQ,磁粉垄断,（,NdFeB,各向同性）,SmFeN,磁粉,NdFeB,各向异性磁粉,相同的价格，磁性能翻番,稀土粘结永磁,磁性能比,MQ,粉高,20%,耐腐蚀,热稳定性好,Sm,替代,Nd,价格便宜,3. 粘结稀土永磁材料制备与应用关键技术粘结稀土永磁是稀土永,4. 高性能稀土永磁材料表面处理关键技术,（,1,）钕铁硼磁体基体耐蚀性研究。,（,2,）烧结稀土永磁材料表面预处理技术。,（,3,）烧结,NdFeB,永磁镀层附着力、老化特性研究,（,4,）降低电镀、化学镀污染的产业关键技术,（,5,）新型表面防护技术的研发。,4. 高性能稀土永磁材料表面处理关键技术（1）钕铁硼磁体基体,5.,先进热压钕铁硼永磁材料及其规模化制备技术,6.高性能稀土永磁材料的温度稳定性和长期服役特性,5. 先进热压钕铁硼永磁材料及其规模化制备技术6.高性能稀土,稀土功能材料：稀土储氢合金,稀土功能材料：稀土储氢合金,特种金属功能材料国内外发展现状与趋势课件,稀土储氢合金产量,/,产值,国内,国际,年份,2000,2005,2009,2010,2015,2020,2000,2005,2009,2010,2015,2020,产值,3.5,20,35,40,67,100,3.2,8.5,10.6,12.1,18,27,产能,0.5,1.8,2.1,2.5,5,8,1.5,3,4.0,4.2,6.5,10,产量,0.12,1.3,1.8,2.2,3,4.5,0.7,2.5,3,3.3,4.3,5.2,需求,0.5,1.1,1.5,1.7,2.6,3.4,0.7,1.9,2.4,2.6,3.5,4.4,进出口,产值：国内（亿元）、国际（亿美元），其他（万吨）,稀土储氢合金产量/产值国内国际年份200020052009,中国占,50,日本韩国占,50,2010,年全球储氢合金,产值,分布,2010,年全球储氢合金,产量,分布,稀土储氢合金产量,/,产值,中国已超过世界总产量的,60,日本韩国占,40,储氢材料生产主要为中日韩三国。日本质量最好，中国产量最大。主要分布在,8,个省市自治区的,10,多家家企业，年产能,2.5,万吨。,中国占502010年全球储氢合金产值分,特种金属功能材料国内外发展现状与趋势课件,1.大部分企业仍采用传统的熔铸技术和设备，无法有效控制合金的微观组织，产品性能稳定性和一致性有待提高；,2.,大电流充放电性能差，使用温度窄等，不能满足动力型镍氢电池的需求；,3.,低自放电储氢合金方面的研究相对滞后，与国外尤其是三洋公司相比还存在很大的差距（循环寿命不到,1000,次,前六个月自放电率大于,15%,）。,4.,下游市场的应用开发环节相对较弱。,储氢产业与日本的主要差距,1.大部分企业仍采用传统的熔铸技术和设备，无法有效控制合金的,1997,年,10,月丰田汽车普锐斯,prius,问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车,。,2010,年,9,月，丰田汽车宣布其混合动力汽车,prius,累计销售突破,200,万辆，未来每年销售目标为,100,万辆。,2010,年，普锐斯在美国的销量，占美国新能源汽车销售总量的,70%,，市场满意度高达,90%,。,市场需求,混合动力汽车,表,1,日本电动汽车发展预测,2010,年,2020,年,2030,年,2040,年,2050,年,EV,万辆,0.3,66.8,214.4,286.3,326.6,平均年增长,%,2216.7,22.1,3.4,1.4,HEV,万辆,33.7,794.5,1176.6,1354.9,1446.6,平均年增长,%,225.8,4.8,1.5,0.7,PHEV,万辆,3,131.3,496,693.9,779.7,平均年增长,%,427.7,27.8,4.0,1.2,1997年10月丰田汽车普锐斯prius问世，是世界上最早实,根据美国能源部对每辆混合动力车所使用镍氢电池用量的评估（低度混合为,4.96,公斤，高度混合为,6.29,公斤），可以得到，混合动力汽车市场未来的需求，到,2020,年需求量为,3.9,至,5.0,万吨，到,2050,年需求为,7.2,至,9.1,万吨。,市场需求,混合动力汽车,根据美国能源部对每辆混合动力车所使用镍氢电池用量的评估（低度,市场需求,小型二次电池,“,十二五”期间镍氢电池产量继续保持增长的趋势。,2001,年,2010,年我国,Ni-MH,的产量和年增长率,市场需求小型二次电池“十二五”期间镍氢电池产量继续保持增,储氢产业发展方向,1.动力汽车用稀土储氢材料及动力电池: 完善宽温区稀土负极材料产业化技术，实现高性能稀土储氢材料产业化，延长电池寿命、实现电池与整机结合及零部件配套及其在混合动力（电动）汽车中的应用；,2.低自放电、低成本稀土储氢材料及器件产业化；,储氢产业发展方向1.动力汽车用稀土储氢材料及动力电池: 完善,系统研究高性能稀土材料制备过程中各环节的关键技术，实现各主要环节工艺的集成优化，不断提高产品性能，提升产业水平和国际竞争力。,加强稀土材料前沿技术及工程化应用技术开发,建立和完善我国稀土材料科技创新体系，推进我国稀土产业相关专利和标准体系的建立。,加强下游产业的技术开发，提升高端应用水平，正真形成具有我国资源优势的高科技产业链。,避免稀土价格大幅波动，既要重视上游，也要关注下游，保证稀土产业链健康持续发展，这也关系到我国稀土产业的前途和其在全球的地位。,思考与建议,系统研究高性能稀土材料制备过程中各环节的关键技术，实现各主要,谢谢！,谢谢！,