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超硬材料行业面临战略发展机遇

发表时间:2021-06-05 15:45:57
 

国内超硬材料及制品面临的机遇

超硬材料(Superhard Material)主要是指金刚石和立方氮化硼,凭借优异的力学、热学、光学、声学、电学和生物等性能,享有“材料之王”的美誉,它们不仅可加工世界上所有的已知材料,而且可制成性能极端的功能性器件,在诸多应用领域具有不可替代性。

《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确指出:发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件,改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状,满足机械、航空航天等工业发展的需要。《战略性新兴产业分类(2018)》将“人造金刚石”列入“战略性新兴产业分类”中的“先进无机非金属材料”;将“金刚石与金属复合材料”、 “金刚石与金属复合制品”列入“战略性新兴产业分类”中的“高性能纤维复合材料和制品”,属于国家重点发展的新材料。

相关政策文件的发布,大力鼓励发展超硬材料产业,积极推动我国超硬材料制造技术及工具设备的快速发展。在国家政策的支持下,超硬材料行业正迎来历史性的战略发展机遇。

只有掌握高端超硬材料及制品核心科技,才能从根本上解决我国高精密数控装备的落后现状。为了实现高端装备业,特别是航空航天、IT制造、高铁等高精尖科技产业的快速发展,我国必须投入必要的人力物力,在以下方面联合相关高校、科研院所和企事业单位协同攻关,自主研发精密和超精密加工工具技术,为我国高端制造业达到世界先进水平提供技术支撑。


航空发动机及其叶片的超精密加工技术

航空发动机是飞机的“心脏”和动力的源泉,“心脏病”的问题,一直是困扰中国航空工业发展的瓶颈。虽然我国每年都投入大量人力物力研制国产发动机,在2017年,,国产的航空发动机CJ-1000经过商飞之手成功进行了装机,顺利通过点火试验,已经达到了设计水平,但从设计试验完成到发动机的规模化量产,需要很长一段时间,根据相关的工程师估计大约需要五年的时间,所以目前为止,国产的大飞机还没能装备上国产的发动机。当前航空发动机严重依赖进口,加工航空发动机及叶片关键零部件要求精度小于1μm、表面粗糙度小于1000nm、工件表面残余应力小且加工工具使用寿命长。这些都迫切需要研发高速磨削工具、高效超硬复合刀具和高精珩磨工具技术,运用车削、铣削、磨削、钻削、软抛等复合加工技术,满足航空发动机超精密加工的需求。


大规模集成电路单晶硅晶片的平坦化技术

2020年我国大规模集成电路芯片进口额(3700亿美元)。中国每年制造约13亿部手机,40509.2万台计算机,19626.2万台彩电,都是世界第一,但2020中国芯片进口超2.4万亿,超过石油的一倍,国产自给率不到6%。芯片加工的关键问题是表面精度要求极高,微粗糙度需 达到0.1~1nm,不平坦度10nm。超精密加工已成为制约中国芯片发展的瓶颈,急需研发纳米金刚石抛光液、超精密研磨工具等关键技术,并带动IT、LED、光伏产业及智能终端制造业的超精密加工。据了解,CMP抛光材料总体占到晶圆制造所需各类材料成本的7%,其中抛光液、抛光垫分别占到抛光材料的49%和33%。在CMP抛光液这个领域,国内起步较晚。


高铁轨道的高速精密修磨技术

2020年中国高铁总里程超过3.79万公里,稳居世界第一。高铁已经成为中国递向世界的一张“名片”。根据国家《中长期铁路网规划》,2025 全国铁路营业里程将达到17万公里。高铁的四大核心技术是高速机车技术、路轨技术、隧道技术和运行与控制技术。高速路轨技术要求轨道板磨削高度差小于0.2mm精度,钢轨的磨削精 度也要达到0.1mm。高铁建设与日常维护需要大量高速轨道板专用磨削机床和高速轨道修磨机车,以及与之配套的高速、高效修磨轨道板金刚石砂轮和修磨轨道树脂砂轮。


汽车发动机及其关键零部件的精密加工技术

2020年中国汽车产销量超过2500万辆,占全球的32.46%,但是,目前我国汽车行业所需的超精密制造工具部分仍依赖进口,装备制造关键零部件、汽车发动机等相关企业的发展受超精密制造技术的严重制约。急需突破高效 PCD、PCBN刀具,高速砂轮、精密珩磨工具制造技术,提高关键汽车零件的精度,从而可使汽车磨合期缩短1/3~1/2,使用寿命提高10%~20%。


智能手机、蓝宝石单晶屏等关键部件的精密研磨抛光技术

2020年中国手机产量超过13亿部,要提高生产效率,必须开发超硬材料精密加工工具。然而,相关的超硬刀具及精密磨削工具大部分却依赖进口,智能终端生产过程中的大部分利润流向国外的工具制造企业。“设计在美国,工具用德日,组装在中国”的生产模式急需改变,超硬材料与制品技术是突破这一模式,实现电子加工行业转型升级的关键技术之一。


超硬材料及制品生产技术是发展高精度、高品质超精密制造工具的关键技术。急需协同国内高校、科研院所、生产与应用企业联合攻关,突破高品级大单晶及复合超硬材料、超硬材料功能性元器件、高速高效精密磨具、高精高效超硬材料锯切与钻进工具、超精密抛光磨具等关键技术,实现我国航空、汽车、电子等支柱产业的转型升级,同时促进机械、轴承等行业发展。


超硬材料行业面临战略发展机遇

发布时间:2021-06-05 15:45:57

国内超硬材料及制品面临的机遇

超硬材料(Superhard Material)主要是指金刚石和立方氮化硼,凭借优异的力学、热学、光学、声学、电学和生物等性能,享有“材料之王”的美誉,它们不仅可加工世界上所有的已知材料,而且可制成性能极端的功能性器件,在诸多应用领域具有不可替代性。

《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确指出:发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件,改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的现状,满足机械、航空航天等工业发展的需要。《战略性新兴产业分类(2018)》将“人造金刚石”列入“战略性新兴产业分类”中的“先进无机非金属材料”;将“金刚石与金属复合材料”、 “金刚石与金属复合制品”列入“战略性新兴产业分类”中的“高性能纤维复合材料和制品”,属于国家重点发展的新材料。

相关政策文件的发布,大力鼓励发展超硬材料产业,积极推动我国超硬材料制造技术及工具设备的快速发展。在国家政策的支持下,超硬材料行业正迎来历史性的战略发展机遇。

只有掌握高端超硬材料及制品核心科技,才能从根本上解决我国高精密数控装备的落后现状。为了实现高端装备业,特别是航空航天、IT制造、高铁等高精尖科技产业的快速发展,我国必须投入必要的人力物力,在以下方面联合相关高校、科研院所和企事业单位协同攻关,自主研发精密和超精密加工工具技术,为我国高端制造业达到世界先进水平提供技术支撑。


航空发动机及其叶片的超精密加工技术

航空发动机是飞机的“心脏”和动力的源泉,“心脏病”的问题,一直是困扰中国航空工业发展的瓶颈。虽然我国每年都投入大量人力物力研制国产发动机,在2017年,,国产的航空发动机CJ-1000经过商飞之手成功进行了装机,顺利通过点火试验,已经达到了设计水平,但从设计试验完成到发动机的规模化量产,需要很长一段时间,根据相关的工程师估计大约需要五年的时间,所以目前为止,国产的大飞机还没能装备上国产的发动机。当前航空发动机严重依赖进口,加工航空发动机及叶片关键零部件要求精度小于1μm、表面粗糙度小于1000nm、工件表面残余应力小且加工工具使用寿命长。这些都迫切需要研发高速磨削工具、高效超硬复合刀具和高精珩磨工具技术,运用车削、铣削、磨削、钻削、软抛等复合加工技术,满足航空发动机超精密加工的需求。


大规模集成电路单晶硅晶片的平坦化技术

2020年我国大规模集成电路芯片进口额(3700亿美元)。中国每年制造约13亿部手机,40509.2万台计算机,19626.2万台彩电,都是世界第一,但2020中国芯片进口超2.4万亿,超过石油的一倍,国产自给率不到6%。芯片加工的关键问题是表面精度要求极高,微粗糙度需 达到0.1~1nm,不平坦度10nm。超精密加工已成为制约中国芯片发展的瓶颈,急需研发纳米金刚石抛光液、超精密研磨工具等关键技术,并带动IT、LED、光伏产业及智能终端制造业的超精密加工。据了解,CMP抛光材料总体占到晶圆制造所需各类材料成本的7%,其中抛光液、抛光垫分别占到抛光材料的49%和33%。在CMP抛光液这个领域,国内起步较晚。


高铁轨道的高速精密修磨技术

2020年中国高铁总里程超过3.79万公里,稳居世界第一。高铁已经成为中国递向世界的一张“名片”。根据国家《中长期铁路网规划》,2025 全国铁路营业里程将达到17万公里。高铁的四大核心技术是高速机车技术、路轨技术、隧道技术和运行与控制技术。高速路轨技术要求轨道板磨削高度差小于0.2mm精度,钢轨的磨削精 度也要达到0.1mm。高铁建设与日常维护需要大量高速轨道板专用磨削机床和高速轨道修磨机车,以及与之配套的高速、高效修磨轨道板金刚石砂轮和修磨轨道树脂砂轮。


汽车发动机及其关键零部件的精密加工技术

2020年中国汽车产销量超过2500万辆,占全球的32.46%,但是,目前我国汽车行业所需的超精密制造工具部分仍依赖进口,装备制造关键零部件、汽车发动机等相关企业的发展受超精密制造技术的严重制约。急需突破高效 PCD、PCBN刀具,高速砂轮、精密珩磨工具制造技术,提高关键汽车零件的精度,从而可使汽车磨合期缩短1/3~1/2,使用寿命提高10%~20%。


智能手机、蓝宝石单晶屏等关键部件的精密研磨抛光技术

2020年中国手机产量超过13亿部,要提高生产效率,必须开发超硬材料精密加工工具。然而,相关的超硬刀具及精密磨削工具大部分却依赖进口,智能终端生产过程中的大部分利润流向国外的工具制造企业。“设计在美国,工具用德日,组装在中国”的生产模式急需改变,超硬材料与制品技术是突破这一模式,实现电子加工行业转型升级的关键技术之一。


超硬材料及制品生产技术是发展高精度、高品质超精密制造工具的关键技术。急需协同国内高校、科研院所、生产与应用企业联合攻关,突破高品级大单晶及复合超硬材料、超硬材料功能性元器件、高速高效精密磨具、高精高效超硬材料锯切与钻进工具、超精密抛光磨具等关键技术,实现我国航空、汽车、电子等支柱产业的转型升级,同时促进机械、轴承等行业发展。


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