중국 신소재 산업 부문의 산업 방향

01금속 매트릭스 복합재의 성능

전통적인 금속 재료와 비교하여 MMC는 비강도, 비강성 및 내마모성이 더 높습니다. 수지 기반 복합 재료에 비해 MMC는 전기 및 열 전도성이 뛰어나고 고온 성능이 우수하며 용접이 가능합니다. 세라믹 기반 복합 재료에 비해 MMC는 다른 재료에 비해 인성이 높고 충격 성능이 높으며 선팽창 계수가 작은 특성을 가지고 있습니다. 실용적인 MMC는 현재 엔지니어링 재료에 필적하는 낮은 밀도와 기계적 특성을 나타내야 합니다.

금속 매트릭스 복합재의 우수한 특성은 다면적입니다. 보강재는 MMC의 항복강도와 인장강도를 크게 증가시킵니다. MMC는 높은 크리프 저항성과 같은 우수한 고온 특성을 가지고 있습니다. 이는 장섬유 강화 MMC에서 특히 두드러집니다. 금속 매트릭스에 다양한 보강재를 추가하면 재료의 내마모성이 크게 향상되고 마모율이 몇 배나 감소할 수 있습니다. MMC에 첨가되는 보강재의 밀도가 낮기 때문에 재료의 밀도를 크게 줄일 수 있습니다. 세라믹의 선팽창계수를 활용하여 보강재로 활용하면 MMC의 선팽창계수를 조절하여 다양한 재료에 어울리는 복합재료를 얻을 수 있습니다.

금속 매트릭스 복합재의 성능은 보강재의 조성, 형태, 부피분율 및 매트릭스 합금 조성과 관련될 뿐만 아니라 계면 구조와도 밀접한 관련이 있으며, 이는 준비 공정, 보강재 표면 처리 공정 등에 관련됩니다. 다양한 강화 원리에 따라 금속 매트릭스 복합 재료는 연속 섬유 강화와 불연속 강화의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

1장섬유 강화 금속 매트릭스 복합재

연속 강화 금속 매트릭스 복합 재료에서 강화 섬유에는 주로 붕소 섬유, 탄소 섬유(흑연 섬유), SiC 섬유, Al2O3 섬유 등이 포함되며 매트릭스에는 주로 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 니켈 및 그 합금이 포함됩니다. 여러 가지 일반적인 연속 강화 금속 매트릭스 복합 재료의 특성이 표 2에 나와 있습니다. 섬유 연속 강화 복합 재료의 특성은 이방성이며 세로 방향이 가로 방향보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있습니다. 복합재료의 종방향 강도와 모듈러스는 매트릭스 합금의 길이방향 강도와 모듈러스보다 상당히 높습니다. 게다가,많은 데이터에 따르면 섬유 방향(세로)을 따라 인장 하중을 받는 연속 섬유 강화 금속 매트릭스 복합재의 피로 저항은 강화되지 않은 매트릭스 합금의 피로 저항보다 우수하므로 피로 한계는 일반적으로 두 배가 될 수 있습니다. 합금의 크리프 저항성은 연속 섬유를 추가하면 크게 향상될 수 있습니다. 이와 관련된 전형적인 예는 티타늄 합금의 낮은 크리프 저항성을 보완하기 위해 항공 터빈 엔진에 탄화 규소 연속 섬유 강화 티타늄 매트릭스 복합재를 적용한 것입니다. 저팽창 섬유를 첨가함으로써 복합재료의 선팽창계수가 현저히 감소됩니다. 대표적인 예가 허블우주망원경 안테나 지지대에 Gr/Mg를 적용한 것인데,햇빛에 반복적으로 노출되어도 치수 안정성을 유지합니다.

2단섬유 강화 금속 매트릭스 복합재

단섬유의 강화 효과는 입자와 연속 섬유의 강화 효과 사이에 있습니다. 단섬유의 성능은 위스커에 비해 현저히 낮고 그 크기도 위스커에 비해 상당히 크기 때문에 단섬유의 강화 효과는 위스커만큼 좋지 않습니다. 단섬유 강화 금속 매트릭스 복합재의 제조 방법에는 주로 분말 야금, 압력 함침, 압출 주조 등이 포함됩니다.

단섬유 강화 알루미늄 매트릭스 복합재는 현재 가장 많이 연구되고 있습니다. 알루미나 단섬유 강화 알루미늄 매트릭스 복합재의 상온 인장강도는 매트릭스 합금에 비해 크게 향상되지 않았지만(표 3), 고온 강도 유지율은 매트릭스에 비해 상당히 우수하며, 탄성계수는 매트릭스 합금보다 크게 향상됩니다. 실온과 고온. 열팽창 계수가 크게 향상되었으며(표 4), 내마모성이 향상되었습니다.

또한, 스퀴즈 캐스팅법으로 제조된 Al2O3 단섬유 강화 아연계 복합재료는 확실한 강화 효과를 가지며, 고온 기계적 특성과 내마모성이 크게 향상되었습니다. 비강화 마그네슘 합금의 성능은 100~150°C 이상에서 크게 감소합니다. 보강재를 추가하면 기본 합금의 고온 특성이 크게 향상될 수 있습니다.

3 수염 강화 금속 매트릭스 복합재

위스커 강화 금속에 대한 최초의 실험에서는 Al2O3 위스커를 사용했지만 가격이 비싸고 금속 매트릭스에 위스커를 균일하게 분포시키는 것이 어렵기 때문에 빠르게 발전하지 못했습니다. 그러나 저렴한 SiC 위스커를 추가하면 복합재료의 탄성률과 강도가 크게 향상되어 위스커 강화 금속 연구가 발전하게 되었습니다. 강화에 사용되는 매트릭스는 주로 Al, Mg 및 이들의 합금입니다.

① 휘스커 강화 알루미늄 매트릭스 복합재료

SiCw/Al 복합재료의 특성은 Table 6과 Table 7에 나타내었다. SiCw/Al 복합재료의 강도와 SiCw 부피분율의 관계는 Figure 6에 나타내었다. SiCw의 강도, 탄성계수, 온도의 관계 /2024Al 복합 재료는 그림 7과 7에 나와 있습니다. 그림 8. 매트릭스 합금과 비교하여 복합재료의 강도와 모듈러스가 크게 향상되었으며 고온 성능은 우수하지만 밀도가 약간 증가한 것을 알 수 있다. 복합재료의 강도는 위스커의 부피분율이 증가함에 따라 증가하며, 그 성능 역시 제조 공정 방법 및 변수와 밀접한 관련이 있습니다.

②수염강화 마그네슘계 복합재료

SiCw/Mg 복합재료의 특성을 표 8에 나타내었다. 기본 합금과 비교. SiCw/Mg 복합 재료의 인장 강도, 항복 강도 및 탄성 계수가 크게 향상되어 복합 재료의 비강도 및 비계수가 더 높아집니다.

02금속 매트릭스 복합재의 특성

금속 매트릭스 복합재료의 성능은 선택된 금속 또는 합금 매트릭스 및 보강재의 특성, 함량, 분포 등에 따라 달라집니다. 최적화된 조합을 통해 모재 또는 합금은 우수한 열 전도성, 전기 전도성, 가혹한 환경 저항성, 내충격성, 내피로성 및 파괴 성능을 가질 뿐만 아니라 고강도, 고강성, 우수한 내마모성 및 낮은 열팽창 계수를 가질 수 있습니다. (CTE) . 금속 매트릭스 복합재료의 특성을 종합적으로 정리하면 다음과 같다.

1높은 비강도 및 높은 비탄성 계수

금속 매트릭스에 적절한 양의 고강도, 고탄성, 저밀도 섬유, 위스커, 입자 및 기타 보강재를 첨가함으로써 복합 재료의 비강도 및 비탄성률이 크게 향상되었으며, 특히 고강도 고성능 연속 섬유 - 붕소 섬유, 탄소(흑연) 섬유, 탄화 규소 섬유와 같은 강화재는 강도와 모듈러스가 높습니다. 밀도가 1.85g/cm3에 불과한 탄소섬유의 최대 강도는 7000MPa에 달하며 이는 알루미늄 합금보다 10배 이상 강합니다. 흑연 섬유의 계수는 230-830GPa입니다. 붕소 섬유의 밀도는 2.4-2.6g/cm3, 강도는 2300-8000MPa, 모듈러스는 350-450GPa입니다. 탄화규소 섬유의 밀도는 2.5-3.4g/cm3, 강도는 3000-4500MPa, 모듈러스는 350-450GPa입니다.복합 재료의 주요 캐리어로 고성능 섬유를 30%-50% 추가하면 복합 재료의 비강도와 비계수가 매트릭스 합금보다 기하급수적으로 높아집니다. 그림 2는 금속 매트릭스 복합재와 매트릭스 합금의 특성에 대한 일반적인 비교를 보여줍니다. 고비강도 및 고비탄성 복합재료로 만들어진 부품은 무게가 가볍고 강성이 우수하며 강도가 높습니다. 이는 항공우주 및 항공 기술 분야에서 이상적인 구조 재료입니다.고비강도 및 고비탄성 복합재료로 만들어진 부품은 무게가 가볍고 강성이 좋으며 강도가 높습니다. 이는 항공우주 및 항공 기술 분야에서 이상적인 구조 재료입니다.고비강도 및 고비탄성 복합재료로 만들어진 부품은 무게가 가볍고 강성이 우수하며 강도가 높습니다. 이는 항공우주 및 항공 기술 분야에서 이상적인 구조 재료입니다.

2. 열팽창 계수가 작고 치수 안정성이 좋습니다.

금속 매트릭스 복합 재료에 사용되는 보강재 탄소 섬유, 탄화 규소 섬유, 위스커, 입자, 붕소 섬유 등은 열팽창 계수가 작고 높은 모듈러스, 특히 높은 모듈러스와 초고 모듈러스를 갖습니다. 흑연 섬유는 음의 열팽창 계수를 갖습니다. 상당한 양의 보강재를 추가하면 재료의 강도와 모듈러스가 크게 증가할 뿐만 아니라 열팽창 계수도 크게 감소합니다. 다양한 작업 조건의 요구 사항을 충족하도록 보강재의 함량을 조정하여 다양한 열팽창 계수를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 흑연섬유 강화 마그네슘계 복합재료의 경우 흑연섬유의 부피분율이 48%에 도달하면,복합 재료의 열팽창 계수는 0입니다. 즉, 이 복합 재료로 만들어진 부품은 온도 변화 시 열 변형을 겪지 않습니다. 이는 위성 구성 요소에 매우 중요하며 특히 중요합니다. 서로 다른 매트릭스 금속과 보강재를 선택하고 이를 특정 비율로 결합함으로써 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 작으며 치수 안정성이 우수한 금속 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다. 그림 3은 일부 일반적인 금속 매트릭스 복합재와 금속 재료의 치수 안정성과 비계수를 보여줍니다. 흑연/마그네슘 복합재료가 가장 높은 치수 안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있습니다.이 복합 재료로 만들어진 부품은 온도 변화 시 열 변형을 겪지 않습니다. 이는 위성 부품에 매우 중요하며 특히 중요합니다. 서로 다른 매트릭스 금속과 보강재를 선택하고 이를 특정 비율로 결합함으로써 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 작으며 치수 안정성이 우수한 금속 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다. 그림 3은 일부 일반적인 금속 매트릭스 복합재와 금속 재료의 치수 안정성과 비계수를 보여줍니다. 흑연/마그네슘 복합재료는 가장 높은 치수안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있다.이 복합 재료로 만들어진 부품은 온도 변화 시 열 변형을 겪지 않습니다. 이는 위성 부품에 매우 중요하며 특히 중요합니다. 서로 다른 매트릭스 금속과 보강재를 선택하고 이를 특정 비율로 결합함으로써 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 작으며 치수 안정성이 우수한 금속 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다. 그림 3은 일부 일반적인 금속 매트릭스 복합재와 금속 재료의 치수 안정성과 비계수를 보여줍니다. 흑연/마그네슘 복합재료는 가장 높은 치수안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있다.서로 다른 매트릭스 금속과 보강재를 선택하고 이를 특정 비율로 결합함으로써 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 작으며 치수 안정성이 우수한 금속 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다. 그림 3은 일부 일반적인 금속 매트릭스 복합재와 금속 재료의 치수 안정성과 비계수를 보여줍니다. 흑연/마그네슘 복합재료는 가장 높은 치수안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있다.서로 다른 매트릭스 금속과 보강재를 선택하고 이를 특정 비율로 결합함으로써 열 전도성이 좋고 열팽창 계수가 작으며 치수 안정성이 우수한 금속 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다. 그림 3은 일부 일반적인 금속 매트릭스 복합재와 금속 재료의 치수 안정성과 비계수를 보여줍니다. 흑연/마그네슘 복합재료가 가장 높은 치수 안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있습니다.흑연/마그네슘 복합재료가 가장 높은 치수 안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있습니다.흑연/마그네슘 복합재료는 가장 높은 치수안정성과 가장 높은 비계수를 가지고 있음을 알 수 있다.

3좋은 고온 성능

금속 매트릭스의 고온 성능은 폴리머의 고온 성능보다 훨씬 높기 때문에 강화 섬유, 위스커 및 입자는 모두 고온에서 고온 강도와 모듈러스가 높습니다. 따라서 금속 매트릭스 복합재는 매트릭스 금속, 특히 연속 섬유 강화 금속 매트릭스 복합재보다 더 높은 고온 특성을 갖습니다. 복합재료에서 섬유는 주요 로아 역할을 한다. "Made in China 2025" 제조력 전략에서 제안한 10가지 핵심 영역 중 하나로서 신소재 산업은 재료 산업의 업그레이드를 선도하고 전략적 발전을 지원하는 등 중요한 임무를 맡는다. 신흥 산업을 육성하고 국민 경제와 국방 산업 건설을 보장합니다.

1. 해외 신소재산업 발전 특성 및 동향

(1) 각국의 신소재 산업 발전 현황

신소재 산업의 발전 수준은 국가의 경제사회 발전, 과학기술 진보, 국방력을 가늠하는 중요한 지표로 되었습니다. 따라서 세계 각국은 신소재 분야에 대한 상응한 계획을 수립하고 신소재 산업의 선두를 차지하기 위해 노력하고 있습니다.

현재 선진국은 여전히 ​​국제 신소재 산업에서 선도적인 위치를 차지하고 있다. 세계 최고의 신소재 기업은 주로 미국, 유럽, 일본에 집중되어 있습니다. 그 중 일본, 미국, 독일 6개 기업이 전 세계 탄소섬유 생산능력의 70% 이상을 차지하고 있다. 미국 5개 기업이 전 세계 12인치 웨이퍼 생산량의 90% 이상을 차지하고, 일본 3개 기업이 전 세계 LCD 백라이트 발광재료 생산량의 90% 이상을 차지하고 있다.

세계 여러 나라의 신소재 분야 관련 개발 계획

(2) 각국의 신소재 산업 발전 동향

1. 첨단 기술의 개발은 재료의 지속적인 업그레이드를 촉진합니다.

첨단 기술과 신기술의 급속한 발전은 핵심 기초 소재에 대한 새로운 도전과 수요를 제시합니다. 동시에 재료의 업그레이드는 첨단 기술 성과의 산업화를 촉진합니다.

예를 들어, 마이크로 전자 칩의 집적 수준과 정보 처리 속도가 크게 향상되고 비용이 지속적으로 절감되며 실리콘 재료가 중요한 역할을 합니다. 질화갈륨 및 기타 화합물 반도체 재료와 같은 신흥 산업의 발전으로 반도체 조명 기술이 탄생했습니다. LED 조명의 광효율이 조명을 탄생시켰습니다. 업계는 혁명적인 변화를 가져왔습니다. 태양전지의 변환효율이 지속적으로 향상되어 에너지 신산업의 발전을 크게 촉진시켰습니다. 마그네슘, 티타늄 합금 등 고성능 구조재료의 가공기술이 획기적인 발전을 이루었고, 원가도 지속적으로 절감되었습니다.연구와 응용의 초점은 항공, 항공우주, 군사 산업에서 고부가가치 민간 분야로 확대되었습니다.

2. 친환경 및 저탄소는 신소재 개발의 중요한 트렌드가 되었습니다.

에너지신산업의 부흥으로 풍력터빈제조, 태양광모듈, 폴리실리콘 등의 업스트림 산업과 일련의 제조 및 자원가공 산업의 발전이 촉진되었고, 스마트그리드, 스마트그리드 등 운송 및 단말제품의 개발 및 생산이 촉진되었습니다. 전기 자동차.

유럽, 미국 등 선진국에서는 에너지 절약형 건축물과 태양광 발전 건축물의 개발을 촉진하는 법안을 통과시켰습니다. 기능성 소재는 소재의 성능 향상을 위해 소형화, 다기능, 모듈화, 지능화 등의 방향으로 발전하고 있습니다. 나노기술과 첨단 제조 기술의 통합 Fusion은 더 작고, 더 통합되고, 더 지능적이며, 더 나은 기능을 갖춘 제품을 생산할 것입니다. 녹색저탄소 신소재 기술과 산업화가 미래 발전의 주요 방향이 될 것입니다.

3. 신소재 산업에서는 여전히 다국적 기업이 지배적 위치를 점유하고 있다

현재 세계적으로 유명한 기업 그룹은 기술 연구 개발, 자본 및 인재의 이점을 바탕으로 신소재 분야로 계속 확장하고 있으며 고부가가치 신소재 제품에서 지배적 위치를 차지하고 있습니다.

Unimin은 국제 시장에서 4N8 이상의 고급 석영사 제품을 거의 독점하고 있습니다. Shin-Etsu, SUMCO, Siltronic, SunEdison 등의 기업이 국제 반도체 실리콘 소재 시장 점유율의 80% 이상을 차지하고 있습니다. 반절연 갈륨비소 시장의 90% 이상은 일본의 Hitachi Electric, Sumitomo Electric, Mitsubishi Chemical 및 독일의 FCM이 점유하고 있습니다.

DuPont, Daikin, Hoechst, 3M, Ausimont, ATO, ICI 등 7개 기업이 전 세계 유기불소재료 생산능력의 90%를 보유하고 있다. 미국 기업 크리(Cree)의 탄화규소 기판 준비 기술은 강력한 시장 경쟁력을 갖고 있다. Philips가 관리하는 미국 Lumileds 회사는 전력 백색광 LED 분야에서 세계를 선도하고 있습니다. 미국, 일본, 독일 등의 기업이 LED의 70%를 소유하고 있습니다. 에피택셜 성장 및 칩 준비에 대한 핵심 특허입니다.

소형 토우 탄소섬유 제조는 기본적으로 일본의 Toray Fiber Company, Toho Company, Mitsubishi Company 및 미국 Hexel Company가 독점하고 있는 반면, Large tow 탄소섬유 시장은 Fortafil Company, Zoltek Company, Aldila가 거의 독점하고 있습니다. 미국과 독일의 회사. SGL 4개사가 점유하고 있습니다. 알코아(Alcoa), 도이치알루미늄(Deutsche Aluminium), 알파알코아(Alfa Alcoa) 등 세계 유수의 기업들이 고강도, 고인성 알루미늄 합금 소재 개발 및 생산 분야에서 세계를 장악하고 있습니다. Timet, RMI, Allegen Teledyne 등 미국의 3개 주요 티타늄 제조업체의 총 생산량은 미국 전체 티타늄 처리량의 90%를 차지하며, 이들은 항공급 티타늄 소재의 세계 주요 공급업체입니다.

4. 신소재 연구개발 모델의 변화가 주목받고 있다.

21세기 이후 선진국들은 직관과 시행착오에 의존하는 전통적인 재료 연구 방식이 더 이상 급속한 산업 발전 속도를 따라잡을 수 없고, 심지어 기술 진보를 제한하는 병목 현상이 될 수도 있다는 사실을 점차 깨닫게 되었습니다. 따라서 재료 연구 개발 방법을 혁신하고 재료 연구 개발부터 응용까지의 과정을 가속화하는 것이 시급합니다.

예를 들어, 미국 정부의 MGI(Material Genome Initiative)는 신소재 발견부터 적용까지의 속도를 최소한 두 배로 높이고 비용을 최소한 절반으로 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 첨단 소재를 기반으로 고급 제조를 개발하고 지속적으로 지배력을 유지하는 것을 목표로 합니다. 핵심 기술 분야의 장점.

(3) 제품 및 기술 개발 동향

신소재 핵심 핵심 기술의 획기적인 발전은 신소재 제품을 촉진하여 궁극적으로 다기능, 고성능 및 지능형 통합을 달성함으로써 신소재 제품의 부가가치를 높이고 전반적인 시장 경쟁력을 향상시킬 것입니다.

1. 고급 금속구조재

신금속, 신소재는 언제나 세계 신소재 개발의 주요 소재 중 하나였습니다. 앞으로 인공 고급 의료용 금속 재료, 새로운 알루미늄 합금 재료, 니켈-티타늄 스마트 합금 재료 등이 고급 금속 구조 재료의 주요 개발 방향이 될 것입니다.

첫째, 영국 옥스퍼드 대학이 탁월한 압력 팽창 능력을 지닌 신소재를 발견한 것처럼, 금 아연 시안화물, 새로운 광학 압력 센서 및 인공 근육은 고급 금속 구조 소재의 중요한 개발 방향 중 하나가 될 것입니다.

둘째, 캐나다의 새로운 알루미늄 합금 기술 개발 계획의 시행에 따라 향후에는 자동차, 트럭, 트레일러, 버스, 기차 등의 교통시설에 중점을 두어 교통시설의 경량화 및 교통효율성을 향상시킬 예정이다. ;

셋째, 독일 자를란트 대학이 개발한 니켈-티타늄 스마트 합금 소재는 의료용 인공장기, 특히 인공근육 제조 등 분야에서 널리 활용될 전망이다.

2. 탄소나노반도체 소재

최근 몇 년 동안 탄소나노반도체 소재는 점차 대체 가능성을 보여주며 점차 실용화 방향으로 나아가고 있다. 1세대 반도체 실리콘 소재는 물리적 한계 이전에도 여전히 일정한 개발 잠재력을 갖고 있습니다. Silicon-On-Insulator 기술, 멀티 게이트 트랜지스터 기술, 3차원 IC 기술 등 재료와 소자의 구조를 변경함으로써 실리콘 기반 반도체는 여전히 어느 정도 발전할 수 있습니다. 무어의 법칙의 발전을 유지한다.

또한 멀티게이트 트랜지스터 기술을 기반으로 한 22나노 공정도 양산 단계에 진입했고, 실리콘 기반 14나노 공정 제품도 양산에 돌입했다.

3. 2세대 반도체 III-V 반도체 소재

현재는 고주파 트랜지스터 분야에서 널리 사용되고 있으나 논리회로용 트랜지스터 소재로는 아직 연구단계에 있다. 집적회로에서 III-V 반도체의 실제 사용은 2015년에서 2018년 사이에 실현될 수 있습니다.

탄화규소, 질화갈륨 등 3세대 반도체는 전력반도체 소자 분야에서 점차 상용화되고 있다. 그러나 실리콘 카바이드 전력 장치는 현재 더 비싸며 성능을 더욱 최적화해야 합니다.

4. 그래핀 소재

전자 장치, 광자 기술, 에너지, 복합 재료 및 기타 분야에서 널리 적용되고 연구되었습니다. 그래핀 제조로 노벨상을 받은 과학자 노보셀로프(NOVOSELOV)는 과학자팀을 이끌고 2012년 그래핀의 응용 전망을 예측하고 향후 개발 로드맵을 제시했다. 그는 그래핀의 전자 및 포토닉스 응용이 2015년까지 2015년에 도달할 것이라고 믿었습니다. 실현되었지만 일부 응용은 2025~2030년까지 실현되지 않을 것입니다.

그러나 개발 과정에서 밴드갭, 접촉 저항 등의 문제는 물론, 고품질, 저가의 그래핀 제조는 여전히 큰 과제로 남아 있습니다.

5. 스마트 소재

주로 전자정보재료와 광전자재료를 가리킨다. 스마트 소재에 대한 연구는 현재의 일부 엔지니어링 문제와 안전성 및 신뢰성 테스트의 개념을 근본적으로 변화시켰으며 획기적인 기술 혁신으로 이어질 수도 있습니다.

스마트 소재에 대한 연구는 많은 중요한 진전을 이루었습니다. 전자 세라믹과 센싱, 실행 등의 기능을 융합한 스마트 소재와 관련 구조 시스템은 고급 자동차와 가전제품에 적용됐다.

2. 국내 신소재산업의 발전특성 및 동향

(1) 산업 발전의 개요

1. 산업 규모의 급속한 성장

우리나라의 신소재 산업 시스템은 이미 초기에 형성되었고 발전 상황이 양호하다. '국가 전략 신흥산업 발전을 위한 제13차 5개년 계획', '제13차 신소재 산업 발전을 위한 5개년 계획' 등 국가 차원의 전략 계획이 발표되면서 좋은 정책 환경이 조성됐다. 신소재 산업 발전을 위해 탄생했습니다.

현재 우리나라 신소재산업 규모는 약 2조위안이다. 신소재산업은 금속소재, 섬유소재, 화학소재 등 전통분야에서 좋은 기반을 갖고 있다. 희토류 기능성 소재, 첨단 에너지 저장 소재, 광전지 소재, 유기 실리콘, 초경질 소재, 특수 스테인리스강, 유리 섬유 및 그 복합 소재의 생산 능력은 세계 최고 수준입니다. 세계의 최전선에서.

반도체 조명 산업은 업스트림 에피택셜 재료 성장 및 칩 제조, 미드스트림 장치 패키징에서 다운스트림 통합 애플리케이션에 이르기까지 상대적으로 완전한 R&D 및 산업 시스템을 형성했으며 산업 규모는 5000억 위안이 넘습니다. 에너지 절약형 유리재료 산업 규모는 300억 위안에 달합니다. 희토류 기능성 소재 생산량은 전 세계 점유율의 약 80%를 차지한다. 주요 기능성 세라믹 부품 산업 규모는 250억 위안으로 성장했다.

2. 핵심 기술의 획기적인 발전

산학연 연구의 결합을 통해 많은 중요한 신소재의 기술 지표가 크게 개선되었으며 연구 결과가 홍보 및 적용되었습니다. 대구경 실리콘 소재는 결함, 기하학적 매개변수, 입자, 불순물 등 제어 기술 측면에서 지속적으로 개선되어 왔습니다. 300mm 실리콘 소재는 45nm 기술 노드의 집적 회로 요구 사항을 충족할 수 있으며 450mm 실리콘 단결정이 성공적으로 그려졌습니다.

수년간 인공 결정 재료를 개발한 결과, 메타붕산바륨, 삼붕산리튬 등 자외선 비선형 광학 결정에 대한 연구는 이미 국제 선두 수준에 도달했으며 상업화되었습니다. 레이저 결정체와 태양전지의 핵심기술지표가 국제선진수준에 도달했고, 태양광 발전원가가 kWh당 1위안 이하로 떨어졌다.

리튬 이온 배터리의 양극 및 음극 재료와 전해질은 소형 배터리의 요구 사항을 충족합니다. 분리막, 전해액 리튬염 등 핵심 소재는 수입 대체. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 선진국과의 격차를 크게 좁혔습니다. T300 등급 탄소섬유는 안정적인 생산을 달성했으며 단일 라인 생산 능력은 1,200t으로 증가했습니다. T700 및 T800 등급 탄소 섬유는 일괄 공급 능력을 달성했으며 항공 우주 장비에 사용되기 시작했습니다. 독립적인 지적 재산권을 보유한 구리 스트립 및 구리 튜브 주조 기술과 구리 알루미늄 복합 기술을 개발했습니다. 해저 파이프라인 강철 X65, X70, .

핵심 기술의 지속적인 혁신과 신소재의 다양성 증가로 인해 우리나라의 고급 금속 구조 재료, 새로운 무기 비금속 재료 및 고성능 복합 재료 지원 능력과 첨단 폴리머의 자급률이 크게 향상되었습니다. 소재 및 특수 금속 기능성 소재가 점차 증가하고 있습니다.

3. 지역집적 추세가 뚜렷하다

신소재산업기지 건설을 적극적으로 추진하고 자원통합을 강화하여 지역적 특성이 점차 나타나고 지역적 집적화가 뚜렷하여 "동해안 집적, 중서부 지역 특성 발전"이라는 공간 패턴이 초기에 형성되었습니다. 장강삼각주에는 항공우주, 신에너지, 전자정보, 신화학산업 등 분야를 포괄하는 신소재 산업 클러스터가 형성됐다.

주강삼각주의 신소재 산업은 고도로 집중되어 있으며 상대적으로 완전한 산업 체인을 형성했으며 전자 정보 소재, 변형 엔지니어링 플라스틱, 세라믹 소재 분야에서 강력한 우위를 갖고 있습니다. 환발해 지역은 기술 혁신을 촉진하는 데 있어 분명한 역할을 하고 있으며 희토류 기능성 소재, 멤브레인 소재, 실리콘 소재, 하이테크 세라믹, 자성 소재, 특수 섬유 등 다양한 분야에서 큰 이점을 갖고 있습니다.

내몽고 희토류 신소재, 윈난-귀저우 희귀금속 신소재, 광시 비철금속 신소재, 닝보 NdFeB 영구자석 소재, 광저우, 천진, 칭다오 및 기타 지역, 충칭, 시안의 신화학 소재, Gansu Jinchang, Hunan Changzhutan 산시(陝西), 바오지(寶治), 산둥 웨이하이(山东威), 타이위안(taiyuan) 지역의 항공우주재료, 에너지재료, 주요장비재료 및 폴리실리콘 쉬저우(徐州), 강소(江蘇), 낙양(洛陽), 허난(河南), 연운항(連雲港), 강소(江蘇) 등의 소재산업도 지역적 특성을 형성하고 있다.

장강삼각주 지역의 신소재산업 집적

4. 지원 역할이 점점 더 분명해지고 있습니다.

주요 응용 실증 프로젝트를 지원하는 데 있어 신소재의 역할은 점점 더 분명해지고 있으며, 이는 우리나라의 에너지, 자원, 환경 및 정보 분야 발전에 중요한 기술 지원을 제공합니다. 이는 중대 프로젝트 건설과 국방, 군사 산업의 통합을 위한 중요한 보장이다.

각급 정부는 국민에게 혜택을 주는 에너지 절약 제품, 10개 도시 1만 개의 빛, 황금 태양, 사물 인터넷 등 주요 응용 실증 프로젝트를 조직하고 시행했습니다. 2030년까지 우리나라의 신에너지 자동차 시장은 1,500만 대에 이를 것으로 예상됩니다. 해수담수화에 막재료를 적용하고 역삼투압식 해수담수화 생산능력을 초기에 형성하여 우리나라 연안지역 물공급 안보체계의 중요한 부분이 되었다.

신비철 구조재료, 내열합금, 탄소섬유 및 이들의 복합재료로 대표되는 고성능 구조재료는 고속철도, 대형항공기, 유인우주비행, 달탐사, 초고속우주탐사 등 주요 프로젝트에 활용되고 있습니다. 전압 송전, 심해 석유 및 가스 개발. 원활한 구현에 기여했습니다.

(2) 산업 발전 동향

전통 소재 기업의 변화와 업그레이드가 가속화되고 있습니다. 우리나라 소재 기업 중 80~90%가 전통적인 금속 및 화학 소재 기업이다. 이들 두 기업은 가장 큰 시장점유율을 갖고 있으며 소재산업을 주도하고 있다. 향후 10년 동안 일반 제품에 대한 시장 수요 감소와 고급 제품에 대한 수요로 인해 이 두 가지 유형의 전통 소재 회사는 기술 업그레이드 및 전환을 가속화하고 전환 및 업그레이드 속도가 크게 가속화될 것입니다.

그 중 금속재료 기업의 변혁과 고도화의 발전 방향은 고순도 금속, 비정질 합금 등 특수 금속재료는 물론 원자력, 초고순도 합금 등에 사용할 수 있는 고품질 특수재료를 적극적으로 개발하는 것이다. 초임계 화력, 해양 공학, 자동차 공학, 철도 운송 등이 있습니다. 강철; 화학재료 기업의 전환 업그레이드 발전 방향은 주로 합성고무, 엔지니어링 플라스틱, 실리콘 재료, 불소 재료이다.

1. 점차적으로 고급스럽고 건강하며 친환경적인 방향으로 발전합니다.

향후 10년 동안 첨단 장비, 자동차 제조, 전자 정보, 신에너지, 에너지 절약 및 환경 보호, 신축 빌딩, 바이오의학, 스마트 그리드, 3D 프린팅 등 신흥 산업 분야는 급속한 발전 추세를 유지할 것으로 예상됩니다. 따라서 신흥 산업 발전을 견인하는 고급 소재는 향후 우리나라 신소재 산업 발전의 주요 방향이며 주로 고품질 특수강, 고강도 경량 합금, 고성능 섬유 및 복합재를 포함합니다. 재료, 항공 세라믹 재료 및 항공 등급 3D 프린팅 금속 분말. 재료 등

또한, 건강과 환경보호에 대한 국민의 요구가 증가함에 따라 바이오의료소재, 친환경 친환경 소재, 신건축자재, 고성능 멤브레인 소재 등 친환경적이고 건강한 소재에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

2. 전자정보 및 리튬전지 산업의 신소재 성장이 가속화될 것으로 예상

차세대 정보 기술 산업의 발전과 함께 전자 정보 자료의 연구 개발 및 생산은 미래 발전의 중요한 방향입니다. 저결함 12인치 이상의 전자급 단결정 실리콘, 8인치 이상의 초박형 SOI(silicon-on-insulator), 와이드 밴드갭 반도체 및 소자, AMOLED 유기발광재료 및 소자, 대형 광섬유 프리폼, 광학 필름 및 집적 회로용 특수 가스는 점차 산업 응용을 실현할 것이며 일부 제품은 점차 수입품을 대체할 것입니다.

리튬 배터리 소재 분야에서는 양극재, 음극재, 도전성 페이스트, 배터리 분리막 분야 기업이 지속적으로 등장하고 있으며, 핵심 기술은 점차 성공적으로 개발 및 산업화되어 발전 잠재력이 크다. '13차 5개년 계획' 기간 동안 리튬전지 산업은 전자정보와 신소재 두 분야의 성장이 가속화될 것으로 예상된다.

3. 새로운 고강도 경량 합금 소재를 대규모로 사용할 수 있습니다.

고성능 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 티타늄 합금은 항공우주, 군사, 자동차, 전력 장비 및 기타 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 특히 자동차 산업의 발달과 함께 자동차에 고성능 합금을 적용하는 사례가 급속히 늘어나고 있습니다. 시장 수요가 증가하고 있습니다.

전력 장비의 고급화 및 지능형 개발로 인해 알루미늄 합금 케이블 기술 및 제품이 점차 시장에서 널리 알려지고 수용되고 있습니다. 성능상의 이점으로 인해 알루미늄 합금 재료는 전력 산업에서 점점 더 널리 사용될 것입니다. "구리를 알루미늄으로 대체"하는 추세 관련 제품은 전선 및 케이블, 변압기, 자동차 열 교환기, 에어컨 라디에이터 등에 점차적으로 사용되고 있으며 향후 개발은 무한합니다.

(3) 제품 및 기술 개발 동향

우리나라 신소재 기술의 획기적인 발전으로 인해 신소재 제품은 지능화, 다기능화, 환경 친화적화, 복합화, 저비용, 장수명화, 개인화화되어야 합니다. 이들 제품은 정보산업과 생명공학의 혁명적인 발전을 가속화할 것이며, 제조, 서비스 산업, 사람들의 생활 방식에도 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

동시에 신소재의 개발과 응용은 더욱 밀접하게 연결됩니다. 신소재 시장의 요구에 따라 신소재 개발을 가속화하고, 소재의 성능을 향상시켜야 하며, 신소재를 신속하게 실용화하여 소재의 '성능 낭비'를 줄여야 합니다. 군민통합에 주목하고 겸용제품 시장을 개척하는 것이 신소재 개발의 추세이다. 넓은 밴드갭의 탄화규소와 질화갈륨을 기반으로 한 에너지 효율적인 차세대 무선 주파수 장치는 군-민간 통합 가능성이 있는 고급 전자 제품이 될 것입니다.

1. 전자 기능성 소재

"12차 5개년 계획" 이후 우리나라의 차세대 전자 기능성 재료는 저결함 12인치 이상의 전자급 단결정 실리콘, 초박형 8인치 이상의 실리콘 온 절연체 개발에 착수했습니다. (SOI), 시장 수요에 따른 와이드 밴드갭 반도체 및 장치. , AMOLED 유기 발광 재료 및 장치의 산업화 및 실증 응용, 카드뮴 아연 텔루라이드 반도체 재료 및 고에너지선 검출 장치의 산업화, 카드뮴 아연 텔루라이드 결정의 대규모 응용의 점진적 구현 산업용 CT 및 특수 감지기에 사용됩니다.

2. 표면기능성(나노) 소재

나노기술은 21세기 소재산업의 중요한 기초기술 중 하나입니다. 현재 우리나라는 이미 나노산업 분야에서 상당한 기반을 갖추고 있습니다. 향후 10년은 나노기술의 개발과 적용을 위한 황금기가 될 것이며, 특히 광전자공학, 리튬 배터리, 환경 보호, 건설 등 획기적인 발전이 일어날 가능성이 있는 중요 산업 분야에서 더욱 그러할 것입니다.

나노소재 개발은 나노탄소소재(탄소나노튜브, 나노양자점 등), 나노에너지 소재, 질화갈륨 등 3세대 반도체 소재, 나노은, 나노알루미나 등 나노금속 소재, 나노기능성 복합소재, 나노바이오의학 소재 등 분야에 중점을 두고 있다. .

3. 기능성 유리 소재

차세대 정보기술 산업의 발전과 함께 기능성 유리재료의 연구개발 및 생산은 신소재에 대한 중요한 연구방향이 되었습니다. 현재 우리나라는 새로운 TFT 디스플레이 초박형 유리 기판 재료, 고성능 광섬유 프리폼 재료, 고성능 특수 광섬유, 고성능 저가 그래핀 분말 및 고성능 필름 재료 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 새로운 디스플레이, 고급 개발을 시작했습니다. 배터리 및 기타 분야에 데모 애플리케이션이 있습니다.

4. 고급 탄소 소재

첨단 탄소재료 산업에는 주로 탄소섬유, 그래핀, 흑연음극재료, 탄소나노튜브 등이 포함된다. 탄소섬유 측면에서는 향후 3~5년 내에 국산 T700 탄소섬유가 저원가를 달성할 것으로 예상된다. , 안정적인 생산과 대규모 시장 적용을 목표로 하고 있으며, T800도 국내 고급 장비에 채용되기 시작할 것으로 예상된다.

그래핀의 경우, 풍력 보호 코팅 및 휴대폰 터치 스크린에 대한 적용도 꾸준히 발전하고 있으며 생산 능력도 지속적으로 확대되어 폭발적인 성장이 곧 일어날 것입니다. 리튬 배터리 산업의 급속한 발전과 함께 리튬 배터리 산업에서 흑연 음극 소재와 탄소 나노튜브 전도성 슬러리의 적용도 빠르게 성장할 것입니다.

5. 고급 금속 소재

고급 장비 산업의 점진적인 성장과 함께 우리나라의 해양 엔지니어링 장비에 필요한 재료가 점차 주목을 받고 있으며, 우리는 강판 두께가 180mm 이상, 부식 방지 및 부식 방지를 갖춘 고강도 구조용 강철을 개발 및 생산하기 시작했습니다. 대형 유조선 화물탱크용 내구강, 심해 석유 및 가스 수송용 후벽 파이프라인 강, 고성능 알루미늄 합금 드릴 파이프 및 오일 케이싱 강, 그리고 시급히 요구되는 TA2 및 TC4급 티타늄 합금 소재 초심공 유정 및 저온 채굴에 필요한 기술이 입증되어 선박 및 해양 엔지니어링 장비에 사용되었습니다.

6. 친환경 소재

에너지절약 및 환경보호산업의 번영이 증대됨에 따라 대기오염방지용 신소재로 대표되는 생태환경소재는 에너지절약 및 환경보호산업의 핵심소재로 자리매김하고 있습니다. 우리나라는 대기오염방지용 신소재 분야에서 점차 일정한 성과를 거두었습니다. 산업용 고성능 PM2.5 필터재료, 고성능 탈질재료, 배가스 NOx 제거재료 등의 개발 및 생산을 시작했습니다.

또한, 산업통상자원부에서 발행한 "산업핵심공통기술 개발 지침(2017)"에서는 산업폐수처리용 광물 기능성 소재의 심층가공 기술을 개량, 변형하는 등 개발해야 한다고 명시하고 있다. 벤토나이트 등 미네랄 기능성 소재 기술; 미네랄 기능성 소재의 비표면적 및 표면 전하 조절 등의 기술 증대; 산업폐수 처리에 있어서 미네랄 기능성 소재의 응용 기술.d-bearing 역할. 섬유의 강도는 기본적으로 고온에서도 감소하지 않으며 금속의 융점에 가깝게 유지될 수 있으며 고온 성능은 금속 매트릭스의 성능보다 훨씬 높습니다. 예를 들어,텅스텐 와이어 강화 내열합금의 고온 내구성은 1100°C 및 100h에서 207MPa이고 기본 합금의 고온 내구성은 48MPa에 불과합니다. 또 다른 예는 흑연섬유 강화 알루미늄 기반 복합재료로, 500°C의 고온에서도 600MPa의 고온 강도를 유지합니다. 반면, 알루미늄 매트릭스의 강도는 300°C에서 100MPa 아래로 떨어졌습니다. 따라서 금속 매트릭스 복합재료는 엔진 등 고온 부품에 사용되어 엔진 성능과 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 즉, 금속 매트릭스 복합 재료로 만들어진 부품은 금속 재료 및 폴리머 매트릭스 복합 재료보다 더 높은 온도 조건에서 사용할 수 있습니다.