新材料是指新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能的結(jié)構(gòu)材料和有特殊性質(zhì)的功能材料。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)測算2019年全球新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2.82萬億美元,同比增長10%。目前,全球范圍內(nèi)都在積極發(fā)展新材料,尤其是發(fā)達(dá)國家,因為新材料是國際競爭的重點領(lǐng)域之一,也是決定一國高端制造及國防安全的關(guān)鍵因素。我國現(xiàn)在正處于加快新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時期,對新材料需求旺盛,新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用將帶來新的國際合作機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
據(jù)預(yù)測2020-2025年間全球新材料市場規(guī)模超過100億美元的材料有7種,分別是3D打印、碳纖維復(fù)合材料、金屬航空材料、粉末冶金、永磁材料、光子晶體和熱塑性彈性體。
3D打印:120億美元
3D打印(3DP)即快速成型技術(shù)的一種,又稱增材制造,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。
隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步及產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)新,近年來全球3D打印市場快速擴(kuò)張。目前,全球3D打印技術(shù)已發(fā)展至陶瓷3D打印、高分子3D打印、金屬3D打印以及生物3D打印等,并在各種領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。美國是3D打印行業(yè)的主要競爭領(lǐng)域,擁有40%以上的市場份額,其次是日本,德國,中國位列第四。2018年中國3D打印市場規(guī)模達(dá)到23.6億元,同比增長近42%。伴隨著中國3D打印技術(shù)的相應(yīng)成熟,在航天航空,汽車等行業(yè)需求將持續(xù)增加。
碳纖維復(fù)合材料:357.5億美元
碳纖維復(fù)合材料是由有機(jī)纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成,含碳量高于90%的無機(jī)高性能纖維,是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。
碳纖維復(fù)合材料作為-種高大上的材料,其應(yīng)用領(lǐng)域自然也是比較高端的,包括:航空航天、航海、軌道交通、風(fēng)電、公共基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備、體育休閑產(chǎn)品,以及時尚生活用具等領(lǐng)域。
金屬航空材料:185億美元
我國主要的航空材料包括兩大類:金屬材料和復(fù)合材料,其中金屬材料主要指結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合金、粉末冶金合金、精密合金、鈦合金、鎂合金以及鋁合金等;復(fù)合材料主要指金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料。
據(jù)測算,2019年我國民用與軍用航空領(lǐng)域加起來對各種航空材料的的需求超過25萬噸,其中鋁合金需求最大,高達(dá)20萬噸/年;鎂合金、高溫合金、鈦合金、特型鋼需求量均在1-2萬噸左右;碳纖維等復(fù)合材料需求量在1000噸左右。
2019年我國航空材料行業(yè)需求規(guī)模測算(單位:萬噸) 數(shù)據(jù)來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
粉末冶金:134.3億元
粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經(jīng)過成形和燒結(jié),制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方,均屬于粉末燒結(jié)技術(shù),因此,一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點,它已成為解決新材料問題的鑰匙,在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。
全球粉末冶金市場主要集中在北美、歐洲和日本等地區(qū)(國家),在全球用于粉末冶金的鐵粉中,南北美洲占42%,歐洲占23%,亞洲及大洋洲占35%。中國粉末冶金產(chǎn)業(yè)集中度較高,主要集中在華中和華東地區(qū),分別占整體粉末冶金行業(yè)規(guī)模的37.24%和40.20%,其他區(qū)域如華北區(qū)域僅占6.51%,分布較少,未來粉末冶金的發(fā)展空間較大。粉末冶金的應(yīng)用也比較集中,汽車領(lǐng)域占比達(dá)69%。
2018全球粉末冶金制品占比 數(shù)據(jù)來源:中國機(jī)協(xié)粉末冶金專業(yè)協(xié)會
永磁材料:351億美元
永磁材料,又稱“硬磁材料”,指的是一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。實用中,永磁材料工作于深度磁飽和及充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料等。
磁性材料按磁化后去磁的難以可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁材料,不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁材料,也成為永磁材料。
2016年全球磁性材料行業(yè)市場規(guī)模已達(dá)321.5億美元。截止至2017年全球磁性材料行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到了348.6億美元,預(yù)測在2020年全球磁性材料行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)517.2億美元,CAGR=8.2%。
光子晶體:204億美元
光子晶體是指具有光子帶隙(PhotonicBand-Gap,簡稱為PBG)特性的人造周期性電介質(zhì)結(jié)構(gòu),有時也稱為PBG光子晶體結(jié)構(gòu)。所謂的光子帶隙是指某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播,即這種結(jié)構(gòu)本身存在“禁帶”。
近年來,光子晶體得到了越來越多的關(guān)注和推崇。科學(xué)家們從各個方面來尋求開發(fā)應(yīng)用光子晶體的途徑。迄今為止,已有多種基于光子晶體的全新光子學(xué)器件被相繼提出,包括無閾值的激光器,無損耗的反射鏡和彎曲光路,高品質(zhì)因子的光學(xué)微腔,低驅(qū)動能量的非線性開關(guān)和放大器,波長分辨率極高而體積極小的超棱鏡,具有色散補(bǔ)償作用的光子晶體光纖,以及提高效率的發(fā)光二極管等。
熱塑性彈性體:278億美元
熱塑性彈性體(TPE/TPR),又稱人造橡膠或合成橡膠。其產(chǎn)品既具備傳統(tǒng)交聯(lián)硫化橡膠的高彈性、耐老化、耐油性各項優(yōu)異性能,同時又具備普通塑料加工方便、加工方式廣的特點。熱塑性彈性體TPE/TPR材料已成為取代傳統(tǒng)橡膠的最新材料,是一種更具人性化、高品位的新型合成材料,也是世界化標(biāo)準(zhǔn)性環(huán)保材料。
熱塑性彈性體是新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”重點產(chǎn)品,不但能夠從根本上解決傳統(tǒng)熱固性橡膠難以回收再利用的問題,緩解石油資源危機(jī)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),還能夠從很大程度上實現(xiàn)節(jié)能的目的。2016年全球熱塑性彈性體市場需求約為570萬噸。之后全球熱塑性彈性體市場以年均約5.5~6.0%的速度增長。而在中國,熱塑性彈性體市場需求超過200萬噸,年均復(fù)合增速8~10%。
全球熱塑性彈性體消費(fèi)量預(yù)計持續(xù)增長(萬噸) |