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    投放簡歷
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    前沿材料成為“國之重器” 三個方向率先起飛

    ?? 日期:2022-04-27???? 來源:中國復合材料工業協會????瀏覽:278????
    核心提示:2021年我國新材料總產值有望突破
    2021年我國新材料總產值有望突破7萬億元。預計 2025 年新材料產業總產值實現 10 萬億。產業結構呈以特種功能材料、現代高分子材料和高端金屬結構材料為主要分布,分別占比 32%、24%和 19%。

    新材料產業集聚效應顯著,細分方向領域地理分布各有側重。江蘇、山東、浙江和廣東四省新能源規模超過 10000 億。福建、安徽、湖北次之,規模超 5000 億。長三角新材料產業關注新能源汽車、生物、電子等領域,珠三角側重于高性能復合材料等的研發,環渤海地區則對特種材料、前沿材料較為重視。

    隨著國家政策對航天航空、軍事、消費電子、汽車電子、光伏電子、生物醫療領域新材料及其下游產品的支持,市場需求不斷擴大,同時對產品性能的要求持續提升,新材料企業產業規模急劇擴大、對企業、科研人員研發能力的要求不斷提高。
    下游消費電子、新能源、半導體、碳纖維等行業加速向國內轉移,新材料國產化需求迫切,進口替代仍將繼續推動我國新材料產業投資的未來發展。
    前

    新材料產業規劃
    安徽省發展改革委日前印發《安徽省“十四五”新材料產業發展規劃》(以下簡稱《規劃》),《規劃》提出,到2025年,力爭全省新材料產值規模突破1萬億元,重點打造硅基新材料等5大千億級產業集群,做優做強10條百億產業鏈(群),努力躋身全國新材料產業發展第一方陣,培育具有國際影響力、國內一流的新材料產業聚集地。

    在發展方向方面,大力發展先進金屬材料、先進化工材料、硅基新材料三大先進基礎材料產業,重點培育生物醫用材料、高性能纖維及復合材料兩大關鍵戰略材料產業,以及加速布局3D打印材料、超導材料、石墨烯材料、高熵合金等前沿新材料,構筑我省新材料產業“3+2+N”發展新格局。
    在重點任務方面,重點建設7大工程,包括創新體系建設工程、企業招引培育工程、產業集群打造工程、數字技術賦能工程、綠色低碳發展工程、產業生態優化工程和開放合作提升工程等,加快把我省打造成為國內具有重要影響力的新材料科技創新策源地和產業聚集地。
    在區域布局方面,聚焦三大先進基礎材料、兩大關鍵戰略材料、前沿新材料等領域,充分發揮各地比較優勢,促進要素資源自由流動與優化配置,形成各具特色優勢新材料產業集群。

    山西工業和信息化廳發布的《山西省新材料產業集群打造2022年行動計劃》提出,到今年底總產值力爭達到或突破2000億元。
    山西省今年重點推動68戶企業72個優勢技改項目建設,項目總投資1150.8億元。力爭2022年底有39個項目建成投產,新增營收277億元。全省新材料規模以上工業企業數量達到200家以上。年營收超過100億元的企業達到2戶,年營收50億元以上企業達到5戶,年營收10億元以上企業達到15戶。
    山西省通過延鏈補鏈強鏈,培育3-5個在全國具有比較優勢的特色新材料產業鏈條,初步形成高品質特殊鋼、鋁鎂合金、半導體晶體、高性能纖維、合成生物等布局合理、特色鮮明、具有較強國內國際競爭力的全產業鏈條。
    碳基新材料領域,重點支持鋼科碳材料先進復合材料、中科美錦年產1000噸淀粉基電容炭產業化、等23個項目建設,總投資230.6億元,力爭2022年底有13個項目建成投產,新增營收53.5億元。
    生物基新材料領域,重點支持凱賽生物4萬噸癸二酸、華陽生物降解新材料6萬噸PBAT等10個項目建設,總投資492.8億元,力爭2022年底有3個項目建成投產,新增營收12.7億元。
    新型無機非金屬材料領域,重點支持華陽華豹20萬噸/年綠色氣凝膠涂層項目、山西藍科途年產5億平鋰電隔膜等10個項目建設,總投資80.6億元,力爭2022年底有6個項目建成投產,新增營收6.35億元。
     
    新材料方向之一:輕量化材料
    1、碳纖維
    碳纖維材料以其出色的性能被用于航空航天、風電、體育休閑、汽車等多個領域,是新材料領域用途最廣泛、市場化最高的材料,被譽為“新材料之王”。全球碳纖維市場需求近年快速增長,我國也抓住機遇,發展成為全球第二大碳纖維生產國。
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    但是,我國碳纖維產業相比起國外還存在企業產能利用低、高端產品少、應用開發難的問題,下游行業還是嚴重依賴進口碳纖維產品。在當前國際環境下,實現碳纖維規模生產和應用開發 的雙自主化,是提升我國國防和制造業實力,保障供應鏈穩定的關鍵。
    碳纖維(Carbon Fiber)是由聚丙烯腈(PAN)(或瀝青、粘膠)等有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結構無機纖維,作為高性能材料產于上世紀 60 年代。
    碳纖維具備出色的力學性能和化學穩定性:作為目前實現大批量生產的高性能纖維中具有最高比強度(強度比密度)和最高比剛度(模度比密度)的纖維,碳纖維是航空航天、風電葉片、新能源汽車等具有輕量化需求領域的理想材料。耐腐蝕、耐高溫、膨脹系數小的特點使其得以作為惡劣環境下金屬材料的替代;另外,導電導熱特性拓展了其在通訊電子領域的應用。
    按照每束碳纖維中單絲根數,碳纖維一般分為小絲束和大絲束兩個類別。小絲束性能更優但價格較高,一般用于航天軍工等高科技領域,以及高端體育用品;大絲束成本較低,往往應用于基礎工業領域,包括土木建筑、交通運輸和能源設備等。
    2、鋁合金汽車車身板
    鋁合金是工業中應用最廣泛的合金,在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。在國家節能減排的政策導向下,汽車行業僅僅通過設計優化汽車能耗已很難達到國家越來越嚴格的燃油排放標準,因此汽車的輕質化是行業確定的發展方向。
    鋁合金是汽車行業輕量化的主力材料,其中鋁合金車身板(Automotive body sheet, ABS)應用在汽車最重的車身,是實現輕量化目標的關鍵材料。目前我國已逐漸打開國產車用鋁合金市場甚至部分企業已經開始出口,其中國內企業和外企在國內工廠均有生產。鋁合金車身板的國產化是我國汽車產業提高競爭力,幫助國家實現節能減排目標的關鍵。
     
    新材料方向之二:航空航天材料
    1、聚酰亞胺
    聚酰亞胺(PI)材料在航空航天、高端電子元器件、半導體等多個尖端領域有著很高的應用價值,在材料更新迭代方面扮演著重要的角色。目前,全球聚酰亞胺市場需求不斷增長,但很多高端PI 產品、特種功能 PI 產品的大批量生產仍被少數發達國家壟斷,相關生產技術被嚴格保護。
     
    目前,我國已在中低端 PI 薄膜、PI 纖維領域實現大規模生產,并在電工級 PI 薄膜領域獲得全球競爭力。但是,高端 PI 薄膜以及其他高端 PI 產品仍 面臨“卡脖子”或產能不足的問題,導致明顯的結構性供需失衡。突破高端聚酰亞胺產品的大規模量產對我國制造業升級、軍備升級換代、自主可控有著重要意義。
    聚酰亞胺(PI)是綜合性能突出的有機高分子材料, 被譽為“二十一世紀最有希望的工程塑料之一”。該材料的使用溫度范圍很廣,能在-200~300℃的環境下長期工作,短時間耐受 400℃以上的高溫。
    聚酰亞胺沒有明顯熔點,是目前能夠實際應用的最耐高溫的高分子材料。同時,該材料還具有高絕緣強度、耐溶、耐輻照、保溫絕熱、無毒、吸聲降噪、易安裝維護等特點。
    當前,聚酰亞胺已廣泛應用在航空航天、船舶制造、半導體、電子工業、納米材料、柔性顯示、激光等領域。根據具體產品形式的不同,聚酰亞胺可以細分為 PI 泡沫、PI 薄膜、PI 纖維、PI 基復合材料、PSPI 等多種產品。
    2、碳化硅纖維
    碳化硅纖維(SiC 纖維)是繼碳纖維之后發展的又一種新型高性能纖維,屬國家戰略性新興材料。當前,采用碳化硅纖維制造的陶瓷基復合材料在航空發動機領域的應用價值非常顯著,西方發達國家已成功應用此類產品改良航空發動機多個部件,提升了航空發動機的效率。隨著碳化硅纖維性能進一步改善,生產工藝逐步優化,未來該材料有望在更多航空發動機部件上應用,并有望擴展至其他高價值民用領域,潛在市場空間廣闊。
     
    新材料方向之三:半導體材料
    1、硅片
    硅片位于半導體產業鏈上游,是半導體器件和太陽能電池的主要原材料,主要應用于光伏和半導體兩個領域,下游需求近年來不斷增長。分領域來看,光伏用硅片的產能大多集中在我國,中環、隆基等龍頭公司實力強勁,生產技術水平全球領先;半導體硅片相對于光伏用硅片而言制作工藝更為復雜,應用場景也更多,市場價值更高,然而我國的半導體硅片產業起步晚,發展水平較為落后,全球市場被日本廠家壟斷,市場主流的 12 寸硅片在我國仍未達到規?;a,嚴重依賴進口,以滬硅產業為代表的國內企業正努力打破技術壁壘,國產化替代的空間廣闊。
     
    硅是一種良好的半導體材料,耐高溫、抗輻射性能較好,特別適宜制作大功率器件。以硅為原材料,通過拉單晶制作成硅棒,然后進行切割就形成了硅片。硅片主要用于半導體、光伏兩大領域,半導體硅片在晶體、形狀、尺寸大小、純度等方面要比光伏用晶片要求更高,光伏用硅片的純度要求硅含量為 4N-6N 之間(99.99%-99.9999%),半導體用硅片在 9N-11N(99.9999999%-99.999999999%)左右,制作工藝更加復雜,下游應用也更為廣泛。半導體用硅片位于產業鏈的最上游,主要應用于集成電路、分立器件及傳感器,是制造芯片的關鍵材料,影響著更下游的汽車、計算機等產業的發展,是半導體產業鏈的基石。
    光伏產業是國家戰略新興產業之一,光伏用硅片位于光伏產業鏈的上游,近年來其需求在不斷上升,據 CPIA 預測,全球光伏市場的年裝機量在 2021年將會達到 150GW, 具有廣闊的市場和發展前景。我國是世界上最大的光伏用單晶硅片的生產國,據中國有色金屬工業協會硅業分會統計,截至 2019 年底,我國單晶硅片產能為 115GW,占全球的 97.6%。龍頭企業隆基和中環占據國內單晶硅片50%以上的市場份額,并在持續擴張產能的進程之中,新勢力公司上機數控和京運通也在加速擴產。
    受益于半導體產品的技術進步和下游相關電子消費品的品類增加,半導體硅片的需求量逐年上升,規模不斷增長,2020 年全球半導體硅片的出貨量達到12.41億平方英寸, 據統計,2020 年全球硅片市場的規模達到 110 億美元左右,半導體硅片的市場前景廣闊。
    由于半導體硅片行業技術壁壘較高,當今全球半導體硅片行業被巨頭壟斷,集中度高,中國大陸地區廠商體量小。2020 年全球前五大硅片提供商日本信越化學(Shin-Etsu)、日本勝高(SUMCO)、中國臺灣環球晶圓(GlobalWafers)、德國世創(Silitronic)、韓 國鮮京矽特?。⊿KSiltron)市占率合計超過 80%,我國大陸本土廠商滬硅產業市占率約 2.2%,體量較小。
    硅片尺寸越大,單位晶圓生產效率越高。從 20 世紀 70 年代開始硅片就朝著大尺寸方向發展,當今全球最大尺寸的量產型硅片尺寸為300mm,也就是 12 英寸硅片。
    12 英寸晶圓的需求近年來不斷上升,據日本勝高預測,12 英寸晶圓 2020-2024 年的CAGR 可達 5.1%。全球的半導體硅片產能主要集中在行業巨頭,我國半導體硅片起步晚,發展較為落后,僅有少數幾家企業具有 200mm(8 英寸)硅片的生產力,我國的 12 英寸 硅片在 2017 年以前全部依賴進口。
    制作大硅片對硅的純度要求很高,對倒角、精密磨削的加工工藝也有非常高的要求,我國的工藝水平落后,尚未實現 12 英寸硅片的規?;a。滬硅產業在 2018 年實現了12 寸硅片規?;N售,打破了大尺寸硅片國產率為 0 的局面。
    12 英寸硅片仍然是當今硅片市場的主流,國內廠商具備追趕機會,大尺寸硅片的國產替代仍然具有較大的空間。為推動半導體硅片這一重要材料的國產化進程,我國政府也出臺了一系列政策來支持產業發展,推動大尺寸硅片的研發制造,促進半導體產業的發展。
    2、碳化硅(SiC)
    碳化硅是第三代半導體材料,具有非常優越的性能,是功率器件的重要原材料,近年來各國都投入大量人力物力發展相關產業。碳化硅行業門檻比較高,我國生產技術水平及較為落后,目前產業格局呈現美國獨大的特點,僅Cree 一家公司就占據導電型碳化硅晶片全球 62%的份額。碳化硅市場的發展前景廣闊,近年來不斷在電動車、光伏、軌道交通、智能電網等領域滲透,擁有強勁的下游需求,市場規模不斷擴大。我國也在對碳化硅全產業鏈進行布局,今年來相關專利數量不斷上升,以天科合達為代表的晶片生產廠商的市占率也在逐年提高,我國的碳化硅產業的未來發展空間較大。
    碳化硅是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料,也是第三代半導體材料的代表材料。碳化硅材料具有很多優點:化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨耐高壓。采用碳化硅材料的產品,與相同電氣參數的產品比較,可縮小 50%體積,降低 80%能量損耗,由于這些特性,世界各國對碳化硅材料非常重視,紛紛投入大量精力促進相關產業發展,國際上的各大半導體巨頭也都投入巨資發展碳化硅器件。隨著技術工藝的成熟、制備成本的下降,應用在各類功率器件上,近年來碳化硅功率器件在新能源汽車領域滲透率持續上升,是未來新能源、5G 通信領域中 SiC、GaN 器件的重要原材料。
    據 Yole,全球車載 SiC 功率器件的市場空間為預計到 2024 年可以達到 19.3 億美金,對應 2018-2024 年復合增速達到 29%。據天科合達招股說明書預測,碳化硅功率器件在光伏逆變器中的占比在2025年將達到50%, 軌道交通中碳化硅器件應用占比也將逐步上升。
    在電動車和光伏逆變器需求的拉動下,根據 Omdia 預測,碳化硅和氮化鎵功率半導體的新興市場預計在 2021 年突破 10 億美元;根據 IHS Markit 數據,2018 年碳化硅功率 器件市場規模約 3.9 億美元,受益于新能源汽車需求增長以及光伏產業的發展。
    預計到 2027 年碳化硅功率器件的市場規模將超過100 億美元,碳化硅行業的成長動力充足。
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