耐磨材料的發(fā)展現(xiàn)狀及市場需求
耐磨材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時也對改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用。耐磨材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。耐磨材料按使用性能分，可分為微電子材料、光電子材料、傳感器材料、信息材料、生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料、能源材料和機(jī)敏（智能）材料。由于我們已把電子信息材料單獨(dú)作為一類新材料領(lǐng)域，所以這里所指的新型耐磨材料是除電子信息材料以外的主要耐磨材料。
耐磨材料是新材料領(lǐng)域的核心，對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，耐磨材料約占85％。隨著信息社會的到來，特種耐磨材料對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，成為世界各國新材料領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)，也是世界各國高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點(diǎn)。
鑒于耐磨材料的重要地位，世界各國均十分重視耐磨材料技術(shù)的研究。1989年美國200多位科學(xué)家撰寫了《90年代的材料科學(xué)與材料工程》報(bào)告，建議政府支持的6類材料中有5類屬于耐磨材料。從1995年至2001年每兩年更新一次的《美國國家關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，特種耐磨材料和制品技術(shù)占了很大的比例。2001年日本文部省科學(xué)技術(shù)政策研究所發(fā)布的第七次技術(shù)預(yù)測研究報(bào)告中列出了影響未來的100項(xiàng)重要課題，一半以上的課題為新材料或依賴于新材料發(fā)展的課題，而其中絕大部分均為耐磨材料。歐盟的第六框架計(jì)劃和韓國的國家計(jì)劃等在他們的新科技發(fā)展計(jì)劃中，都把耐磨材料技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)之一加以重點(diǎn)支持。各國都非常強(qiáng)調(diào)耐磨材料對發(fā)展本國國民經(jīng)濟(jì)、保衛(wèi)國家安全、增進(jìn)人民健康和提高人民生活質(zhì)量等方面的突出作用。
1、新型耐磨材料國外發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)前國際耐磨材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如超導(dǎo)材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展耐磨材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢的重要手段。
超導(dǎo)材料以NBTI、NB3SN為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號測量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦（4.2K）系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。
高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場【HC2（4K）》50T】，能夠用來產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因?yàn)檫@些由本征特性TC、HC2所帶來的在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用先進(jìn)的技術(shù)裝備，對高TC超導(dǎo)機(jī)制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進(jìn)行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場離子顯微技術(shù)等都被用來研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了材料科學(xué)的前沿問題。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。
生物醫(yī)用材料作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進(jìn)入一個快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16％的速度遞增，預(yù)計(jì)20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為一個支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點(diǎn)是強(qiáng)韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。
能源材料太陽能電池材料是新能源材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40％。美國能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50％用于儲氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點(diǎn)。
生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國際高技術(shù)新材料研究中形成的一個新領(lǐng)域，其研究開發(fā)在日、美、德等發(fā)達(dá)國家十分活躍，主要研究方向是：①直接面臨的與環(huán)境問題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO2氣體的固化技術(shù)，SOX、NOX催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源、節(jié)省能源的技術(shù)；②開發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；③材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價。
智能材料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，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的耐磨材料和結(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�？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。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；英國開發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動器時、反應(yīng)時間，僅為10分鐘；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、國內(nèi)耐磨材料發(fā)展的現(xiàn)狀和差距
我國非常重視耐磨材料的發(fā)展，在國家攻關(guān)、“863”、“973”、國家自然科學(xué)基金等計(jì)劃中，耐磨材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國防計(jì)劃中還將特種耐磨材料列為“國防尖端”材料。這些科技行動的實(shí)施，使我國在耐磨材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計(jì)劃支持下，開辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土耐磨材料、生物醫(yī)用材料、儲氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進(jìn)劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計(jì)與性能預(yù)測等耐磨材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達(dá)到較先進(jìn)水平的研究成果，在國際上占有了一席之地。鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標(biāo)和研制工藝技術(shù)均達(dá)到了國外的先進(jìn)水平，推動了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開發(fā)取得了顯著進(jìn)展，以片式電子組件為目標(biāo)，我國在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進(jìn)入了較先進(jìn)行列；高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進(jìn)展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識產(chǎn)權(quán)；耐磨材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國防工程中作出了舉足輕重的貢獻(xiàn)。
目前世界各國耐磨材料的研究極為活躍，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達(dá)國家企圖通過知識產(chǎn)權(quán)的形式在特種耐磨材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國廣闊的市場，這種態(tài)勢已引起我國的高度重視。近年來，我國在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強(qiáng)了專利保護(hù)。但是，我們應(yīng)該看到，我國目前耐磨材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報(bào)的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國際專利數(shù)與我國的地位遠(yuǎn)不相稱。我國耐磨材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進(jìn)和發(fā)展。
3、國內(nèi)外耐磨材料社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求分析
1）耐磨材料的國外需求分析
根據(jù)預(yù)測，2001年新材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)在世界市場的銷售額將超過4000億美元，，其中耐磨材料約占75～80％。某些特種耐磨材料就其單項(xiàng)而言，其市場也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市場銷售額已達(dá)210億美元，預(yù)期到2010年將達(dá)到800億美元；2000年超導(dǎo)材料銷售額已達(dá)80億美元，預(yù)測2010年的年銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到600億美元，其中高溫超導(dǎo)電力設(shè)備的全球銷售額可達(dá)50－60億美元，到2020年，全球與超導(dǎo)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值（按1995年的價格估算）可能達(dá)到1500億到2000億美元，其中高溫超導(dǎo)占60％；2010年全球釹鐵硼永磁材料的市場需求量將達(dá)14.6萬噸，產(chǎn)值達(dá)80億美元，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值700億美元；生物醫(yī)用材料是一個正在迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域，目前全球生物醫(yī)用材料及制品的產(chǎn)值超過700億美元，美國約為400億美元，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，是美國經(jīng)濟(jì)中活躍、出口量大的6個產(chǎn)業(yè)之一，近年來一直保持每年20％以上的速率持續(xù)增長，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)前十年左右，生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到藥物市場的份額；隨著可持續(xù)發(fā)展政策被各國政府的廣泛采納，生態(tài)環(huán)境材料的市場需求也將迅速增加，估計(jì)2010年的社會需求將高于500億美元�？梢姡�在全球��(jīng)濟(jì)中，特種耐磨材料無論是需求的規(guī)模，還是需求的增長速度，都是相當(dāng)驚人的。
2）耐磨材料的國內(nèi)需求分析
中國作為一個12億人口的大國，正在實(shí)施宏偉的第三步發(fā)展戰(zhàn)略，這一根本國情加之特種耐磨材料在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的重要作用和地位，決定了我國對耐磨材料的需求將是巨大的。
耐磨材料不僅是發(fā)展我國信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到我國資源、環(huán)境及社會的可持續(xù)發(fā)展。
我國國防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國國防用關(guān)鍵特種耐磨材料是不可能依靠進(jìn)口來解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種耐磨材料的支撐。
我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和社會可持續(xù)發(fā)展，對發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源研制和利用效率的關(guān)鍵因素，我國目前是世界上能源消費(fèi)增長快的國家，同時也是能源緊缺的國家。發(fā)展電動汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲能材料的需求不斷增加。近年來，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國便攜式電器如手提電話、筆記本計(jì)算機(jī)用戶每年均以超過20％的速度增加，形成了一個對小型高能量密度電池的巨大社會需求。
隨著移動通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點(diǎn)。按照5％的世界市場占有率計(jì)，2010年我國信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達(dá)300億元人民幣，對信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。
我國是一個稀土大國，其工業(yè)儲量占世界總儲量的70％以上，發(fā)展稀土耐磨材料我國有著獨(dú)特的資源優(yōu)勢。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增長率為23％，而我國高達(dá)60％，1995年全球的釹鐵硼永磁材料的研制總量為6000噸，其中我國為2000噸，占總量的1／3，預(yù)測2010年全球釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)量將達(dá)14.6萬噸，產(chǎn)值達(dá)80億美元，其中我國的產(chǎn)量將達(dá)5.4萬噸，產(chǎn)值達(dá)20多億美元，相關(guān)器件產(chǎn)值達(dá)100～150億美元。稀土在發(fā)光、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也具有廣闊的市場需求。
我國西部還擁有一些儲量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲量甚至占世界總儲量的一半以上，這些資源均是特種耐磨材料的重要原材料。研究開發(fā)與上述元素相關(guān)的特種耐磨材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國相關(guān)特種耐磨材料及制品的國際市場競爭力，這對實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢具有重要意義，將有力地支持國家的西部大開發(fā)。
隨著我國人民生活質(zhì)量的進(jìn)一步改善和提高，我國潛在的生物醫(yī)用材料市場將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機(jī)的現(xiàn)實(shí)市場，從而創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，成為國民經(jīng)濟(jì)的一個支柱產(chǎn)業(yè)。
我國已確定“在發(fā)展中解決保護(hù)，在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展”的原則，簽署了有關(guān)國際公約，并通過了國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)，這些都為生態(tài)環(huán)境材料需求發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料，除了在社會和經(jīng)濟(jì)方面具有巨大的需求之外，在政治上還對我國加入WTO，融入國際社會，提升國際地位具有重要作用。此外，生態(tài)環(huán)境材料還對我國的“科技、人文、綠色”奧運(yùn)工程起著特殊的作用。
總之，在未來的五到十年，我國經(jīng)濟(jì)、社會及國家安全對耐磨材料有著巨大的需求，耐磨材料是關(guān)系到我國能否順利實(shí)現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。