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《中国制造2025》涉及关键材料大解析(下)

来源:新材料在线|

发表时间:2016-01-19

点击:181

制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。为了推进中国制造历史性的转变,国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》,对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署。

《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求,选择十大优势和战略产业作为突破点,力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是:新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。

材料作为国民经济和社会发展的基础,是支撑国家重大工程建设,促进传统转型升级,构建国际竞争新优势的重要保障。此前,新材料在线用68页PPT详细介绍了《中国制造2025》新材料领域技术路线图(点击可查看),本文将从材料和产业链的角度对《中国制造2025》其它九大重点发展领域做详细介绍。

此前,在《中国制造2025》涉及关键材料大解析(上)篇(点击可查看)和《中国制造2025》涉及关键材料大解析(中)篇(点击可查看)中,我们对前六个重点发展领域的关键材料做了详细介绍,此篇将对余下发展领域进行论述。

《中国制造2025》涉及关键材料

一.新一代信息技术产业

二.高档数控机床和机器人

三.航空航天装备

四.海洋工程装备及高技术船舶

五.先进轨道交通装备

六.节能与新能源汽车

七.电力装备

八.农业装备

九.生物医药及高性能医疗器械

七.电力装备

7.1电力装备《中国制造2025》发展目标


图7-1发电装备发展目标



图7-2输变电装备发展目标


来源:《中国制造2025》

7.2电力装备产业链

未来智能电网(特高压)将大型发电基地(水电、超净火电、核电)与远方的负荷中心(电力用户)相连接,以能源互联网将新型清洁能源分布式发电相连接,将逐渐构成未来安全、智能、高效、清洁的电力系统。

电力装备是电力能源的重要承载体,在发电、输电、变电、用电的各个环节起着举足轻重的作用。电力装备,主要以火电(煤炭发电、燃气发电)、水电、核电等装备为代表,作为主要电力来源,升压后通过高压、超高压线路传输,再经降压至生产企业、居民生活等使用。当前环境污染(雾霾、水污染等)、能源危机等,迫切需要改变现有传统的能源结构和使其清洁化、高效化、智能化,火电、水电、核电等的格局将会发生改变,即传统高污染的火电比例将会下降,高污染的煤炭发电将逐步缩小,高效的燃气轮机发电比例将会提高,清洁煤炭发电技术需求将会凸显。

电力装备,包括:蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、核电机组、电站锅炉、发电机、变压器、输电线等。


图7-3 电力装备产业链

来源:新材料在线

7.2.1电力装备市场

随着我国经济的不断发展,对电力的需求不断增长,2012年的市场规模已达到2.32万亿元人民币,每年的复合增长约10%左右,预计2017年将达到4万亿元人民币,这必将对电力设备提出巨大的需求,带领电力装备的发展。

根据国家能源局发布的数据,我国电力建设每年投资数千亿元人民币。国家电网未来在智能电网方面,将投资电网建设、智能化等1.5万亿元人民币,每年3000亿元左右。据国家电网表示,2015年新增特高压电网投资将达4500亿元人民币,带动电力相关产业投资达1.7万亿元人民币。

我国2015年低压电力设备市场预计900亿元人民币,未来将会保持每年20%左右的速度增长。据新华网、证券时报、民生证券报道,全球能源互联网建设将催生一个万亿元以上的电力装备市场,尤其高端电力装备。据罗兰贝格分析称,输配电设备,2015年中国市场预计3200亿元人民币。未来全球电力装备将以每年4%的速度增长。

据中国电器工业协会数据统计,目前国内输配电设备企业近7000家。从结构上来看,超高压及特高压产品由于生产成本较高、企业投资规模较大、技术含量较高,造成该子行业较高的进入壁垒,市场相对集中。而中低压产品市场集中度则相对较低,产品销售增速会逐渐趋于平缓。

7.2.2电力装备产业链企业

1、发电公司

国电集团、华能集团、华电集团、大唐集团、中电投集团。

2、电网公司

国家电网、南方电网。

3、输电线材公司

远东控股集团有限公司、万达集团股份有限公司、无锡江南电缆有限公司、宝胜集团有限公司、铜陵精达铜材集团有限责任公司、亨通集团公司、江苏上上电缆集团有限公司、东莞华新电线电缆有限公司、四川明星电缆股份有限公司、江苏通光电子线缆股份有限公司。

4、电力设备公司

中国西电、许继电气、平高电气、金利华电、大连电瓷、长高集团、智光电气、国电南瑞、国电南自、大连电瓷、特变电工、思源电气。

7.3电力装备关键材料

7.3.1电力装备关键新材料和零部件


7.3.2稀土永磁材料

稀土又被称为“工业味精”,主要用做添加剂起到特殊功能的作用,应用领域十分广阔。从产业链的角度来看,储氢材料、荧光材料、抛光材料、环保材料以及永磁材料是稀土的主要应用领域。


图7-4稀土材料分类及应用领域


来源:新材料在线

稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,永粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。伴随技术进步,产品性能提高,结构改善,磁性材料产品正逐步向高端市场扩张,在未来一段时间内我国磁性材料将会出现量价齐升的局面。目前,稀土永磁已广泛应用到风电、消费电子、VCH、节能电梯、EPS等领域。


图7-5 磁性材料的分类



图7-6稀土永磁材料的应用领域分析


来源:中电元协磁材分会,新材料在线

以2012年为例,中国稀土永磁材料产量占全球产量的91%,日本产量约占7%,日本以日立金属为主,其他地区仅占2%,钕铁硼的生产极为集中。下游消费市场看,中国消费了约50%的钕铁硼,欧美、日本等地区消费了50%左右。主要原因是钕铁硼主要应用于消费电子、风机、汽车等领域,而我国是上述产品的生产制造大国。


图7-72012年,全球钕铁硼产地分布(左图)和消费分布(右图)


来源:《新产业》,新材料在线

据中国有色金属工业协会统计,2014年,中国稀土永磁材料产量合计11.8 万吨,同比增长25%。以2013年为例,国内烧结钕铁硼产量占93%。


图7-8中国稀土永磁材料产量变化情况


来源:中国有色金属工业协会,新材料在线

近年来,在国际制造业转移,稀土原料价格高企以及人工成本居高不下等多重因素的影响下,全球的钕铁硼产业的国际格局发生重大变化,中国已成为世界第一大稀土钕铁硼生产国。

表7-2国内外稀土永磁材料重点企业

来源:新材料在线

7.3.3超导材料

众所周知电学物理知识告诉我们,电力传输的载体电阻越大,同样的功率条件下,损耗(发热)就会越大,因此电力输送过程中,需要尽可能低的电阻。因此,理想的零电阻的超导材料是电力传输最具前景的材料。特别是“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”荣获2013年度国家自然科学奖一等奖,再次把超导材料推向风口浪尖和国家战略的高度。

超导材料是一种新型材料,在一定低温条件下,能排斥磁力线且呈现出电阻为零的特性,能够无损耗地传输电能。另外,超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。

根据组成和转变温度的不同,超导材料可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要有NbTi 和Nb3Sn 材料;高温超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)和Y-Ba-Cu-O(YBCO)材料、MgB2超导材料、铁基超导材料,如图7-9。

图7-9 超导材料的分类

来源:新材料在线

超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。到80年代,超导材料的应用主要有:①利用材料的超导电性可制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆,用于大容量输电(功率可达10000MVA);可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能集成电路的快10~20倍,功耗只有四分之一。


图7-10超导材料的应用领域


来源:新材料在线

根据国际超导科技界( 2007年世界超导工业峰会)和相关产业部门预测,到2020年,全球超导产业超过2400亿美元。中国超导市场的潜在规模已超过2000亿元,其中核心的超导材料约有800亿元。不过,目前中国国内超导材料主要依赖于美国、日本等地进口,致使超导材料价格高昂,约占超导设备成本的一半。


图7-11 超导材料中下游未来市场情况


来源:新材料在线

目前,国内涉及超导行业企业有十几家,其中力鼎新材料、英纳超导、西部超导等公司生产研发超导材料,而百利云电、中天科技、综艺超导、海泰超导、宝胜股份等企业涉及超导材料下游应用。

表7-3超导行业相关企业


来源:新材料在线


7.3.4非晶(带材)合金材料

在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料。一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。


图7-12 非晶带材生产工艺示意图


非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷;用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力;微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器;非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签;非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。

目前,随着电子技术向高频、小型化方向发展,非晶超微晶软磁合金材料已制成各种各样磁性器件代替硅钢、铁氧体和坡莫合金等应用于电力工业、电子工业及电力电子技术领域,用作电流互感器、大功率开关电源、逆变电源和程控交换机电源的变压器、电抗器、滤波器、互感器、及传感器等。

由于非晶变压器的研发及应用的快速增长,非晶带材也在快速发展。2014年,国内非晶带材的销售量达到6.4万吨,其中日立金属占了4万吨,安泰科技占了1.5万吨,青岛云路为0.8万吨。而2014年,非晶带材的市场需求量则是8.75万吨,市场严重供不应求,供给率为73%,还有27%的市场空间。根据《中国非晶态合金材料学术与产业化年报2014》,2015年国家电网将主推非晶合金变压器,力求达到60%,全力推动淘汰S9型高耗能变压器;京津冀一体化发展,对非晶节能变压器示范效应将有更大的空间:“一路一带”也将给非晶更多更大机遇。预计到2018年,预计非晶带材的市场需求量将达到22.75万吨。


图7-13 中国非晶带材需求量预测(单位:万吨)


来源:新材料在线

由于非晶带材技术壁垒非常高,目前全世界仅有安泰科技和日本日立金属、青岛云路等少数企业能够生产,特别是日立金属,占据了国内63%的市场。以2014年为例,日立金属生产的非晶带材达到9万吨,其中中国销售4万吨,印度销售为2万吨,其余在日本本土、美国、东南亚市场销售为3万吨。国内非晶带材的生产企业除了安泰科技和青岛云路,还有兆晶股份、中岳新能源等企业。


图7-14 2015年国内非晶带材产量预计(左图)及占比(右图)(单位:万吨)


来源:中国非晶态合金材料学术与产业化年报2014

八.农业装备

8.1农业装备《中国制造2025》发展目标


图8-1农业装备发展目标


来源:《中国制造2025》

8.2农机装备产业链

农业机械装备是指在作物种植业和畜牧业生产过程中,以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械,包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。广义的农业机械还包括林业机械、渔业机械和蚕桑、养蜂、食用菌类培植等农村副业机械。

由于中国是农业大国,现代化离不开农业的现代化,农业现代化离不开农业机械的现代化,这种国情从根本上决定了农业机械巨大的潜在需求。《农机工业发展规划》预测,到2015年,中国农机工业产值将达到4000亿元以上,预计2018年将突破5000亿元。目前,国内众多的农业机械装备制造企业以国家鼓励发展农业现代化为契机,依靠科技创新加快技术升级和产品更新换代,在农业机械装备技术水平上赶超世界一流水平,有力地推动了我国农业机械装备制造产业的快速发展。下图为农机装备产业链。


图8-2 农机装备产业链


来源:新材料在线

8.3农机装备关键材料

上游原材料行业包括:钢铁、有色金属、橡胶、塑料、燃油等行业,为农机提供基础原材料,是农机生产成本的重要组成部分。

上游零部件行业包括:

(1)动力部件,如各类柴油机、汽油机、发电机等;

(2)传动部件,如:变速箱、离合器、传动轴、链条等;

(3)行走部件,如驱动轮、导向轮、前桥、后桥、履带、轮胎等;转向部件,如方向盘、转向器、阀、缸等;

(4)割台脱粒部件,如脱粒滚筒、割台、拨禾轮、搅拢、筛、刀片等;

(5)耕种部件,如开沟器、播种箱、旋耕刀、育秧盘等;

(6)电控系统,如仪表、照明、座椅、电瓶等。

九.生物医药及高性能医疗器械

9.1生物医药及高性能医疗器械《中国制造2025》发展目标


图9-1生物医药发展目标



图9-2高性能医疗器械发展目标


来源:《中国制造2025》

9.2生物医药及高性能医疗器械产业链

生物医用材料(又称生物材料或生物医学材料)是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的新型高科技材料,与人类的健康息息相关。生物医用材料的健康、快速发展对于提高人们的生活质量,保障人类健康扮演着重要的角色,也已经逐渐成为快速发展的新兴产业。

生物医用材料涉及医用高分子、医用金属和合金、医用生物陶瓷、复合材料、生物衍生材料等,其制品既包括量大面广的基础医疗器械,如一次性使用的输液及注射器具、一般性外科手术器具以及药棉、绷带、纱布等卫生用品,也包括技术含量高、附加值高的直接植入人体或与生理系统结合使用的材料及其终端产品,如人造血管、人工心瓣膜、心脏起搏器、骨修复和替换材料及器械、人工器官、牙科材料、药物释放系统等,以及临床疾病诊断材料。下图为生物医用材料产业链。


图9-3生物医用材料产业链


来源:新材料在线

目前,生物医用材料产业已成为世界经济中最具生气的朝阳产业。生物医用材料产业以生物技术和生命科学为先导,涵盖医疗卫生、营养保健等产业,涉及医药产品、保健用品、营养食品、医疗器械等多个与人类健康紧密相关的生产和服务领域。生物医用材料产业的广阔发展前景受到世界各国普遍关注,在一些西方发达国家已进入高速发展期,成为带动整个国民经济增长的巨大动力。它也被联合国列为代表人类21世纪产业经济发展和社会进步的主要产业之一。随着人们生活水平的提高和生活方式的改变,生物医用材料产业具有巨大市场潜力,是国民经济和生物医用材料产业发展的关键。2010年我国生物医用材料市场销售额已近100亿美元,复合增长率为30%。保守估计2015年和2020年年销售额可分别达到370亿美元和1355亿美元,10年内成长为世界第二大生物医用材料市场。


图9-4我国生物医用材料发展情况


来源:奚廷斐.我国生物医用材料现状和发展趋势[J].中国医疗器械信息,2013(8).新材料在线整理

9.3生物医药及高性能医疗器械关键材料

9.3.1骨科材料及骨科医疗器械

目前,全球生物医用材料以骨科和心血管两类应用产品的需求最大,分别占全球生物材料市场的37.5%和36.1%;其次以伤口护理和整形外科为主,约占全球生物材料市场的9.6%和8.4%。按照应用范围,骨科植入物可分为人工关节、脊柱系列产品和创伤系列产品。

图9-5骨科医疗器械

根据ORTHOWORLD的统计,2006年全球骨科市场规模为288亿美元,2012年增加至431亿美元。预计2012-2015年全球市场整体维持3.1%的年复合增长率,到2015年全球市场规模达472亿美元。来源:新材料在线


图9-6 全球骨科市场规模变化情况


来源:ORTHOWORLD,新材料在线整理

根据Frost&Sullivan的统计,2012年中国骨科器械市场规模约为101亿元,同期美国市场规模为89亿美元,中国市场规模仅为美国骨科市场规模的1/10,增长空间广阔。预计2012-2015年复合增长率为18%,2015年将达到166亿元,将超过日本成为第二大骨科市场。


图9-7 中国骨科市场规模(单位:亿元)


来源:Frost&Sullivan

目前,关节类、创伤类和脊柱类是中国骨科医疗器械三大主流类别产品,创伤类是唯一一类没有被国外厂商主导的产品。2012年11月16日,美敦力正式宣布,出资8.16亿美元收购康辉公司,两个月后,美国史赛克公司宣布收购位于常州的骨科产品生产商创生公司。随着老龄化到来,骨关节将是未来增速最快的领域。


图9-8骨科产品国内外主要生产企业


来源:中国医疗器械行业协会,新材料在线

9.2.3牙科材料

牙科材料,也称齿科材料或口腔材料,是指用于修复缺损的牙齿或替代缺损、缺失的牙列,使其恢复解剖形态、生理功能和美观,以及在口腔预防保健、对畸形的矫治等医疗中所使用的各种材料。根据用途,牙科材料可分为公用耗材及专科材料。专科材料又分为口内、口外、修复、正畸、技工和口腔保健用耗材。


图9-9牙科材料分类


来源:新材料在线

根据DENSPLY公司的估计,全球齿科产品市场约为180亿美元,其中材料大概占60%份额。2012年中国假牙产量为8650万颗,占全球60%,预计到2030年,中国牙科材料市场将达120亿人民币。来源:新材料在线


图9-10 中国假牙产量变化情况


来源:中国产业信息网,新材料在线

根据中国牙科工业品市场分布情况看,义齿材料占比稳定,份额最大,而种植牙比重呈持续增加。未来牙科工业,应重点关注植入材料和陶瓷材料。2012年,中国年种植体植入量约20万颗,和韩国100万颗及其他周边国家、地区比,尚有不小的发展空间。庞大的人口基数,使中国有成为最大的口腔种植市场的潜力。预计到2016年,中国种植牙数量有望上升到50万颗以上,年复增长率在30%以上。


图9-11中国牙科工业品市场分专业类别分布


来源:中国生物医用材料科学与产业现状及发展战略研究


图9-12中国种植牙市场情况


来源:新材料在线

9.3.3眼科医疗器械

眼科疾病在医学上属于大病种,目前已了解的眼科疾病至少有数十种。最常见的包括近视,远视,老花,散光,白内障,青光眼等。在各类眼科疾病中,最常见的是近视,危险性最高的是白内障。目前全球近视的患病人数已超过10亿。在中国约有30%的人口(超过三亿人)患有近视,且今年来近视患病率在中国年轻人群体中呈急剧增长趋势,在16至22岁的群体中已达80%左右。白内障则是世界上主要致盲的眼病之一,目前全世界有1700万人因白内障致盲,并且此数字以100多万/年递增。在中国,白内障患者已达5千万人左右。青光眼过去主要是老年人疾病,近年来开始出现年轻化趋势,中青年人开始成为了庞大的青光眼病人群体。2012年全球青光眼人数已超过6600万,我国的青光眼患者达650万。目前世界上约有5000万名角膜病盲患者,中国有500万名。国外角膜捐献率较高,而中国国内角膜捐献年仅3000例左右,远远不能满足患者需求。

最近三十年中,随着各类新型生物医用材料和新型医疗激光设备等的开发和应用,眼科医疗器械市场得到了飞速发展。目前,生物医用材料在眼科疾病治疗方面的应用涵盖角膜接触镜(俗称隐形眼镜),人工晶状体,人工角膜,治疗青光眼植入材料,眼科手术用玻璃体填充物、粘弹性体,人工眼球,人工眶骨等。目前市场规模最大的是用于近视和散光治疗的角膜接触镜,其次是用于白内障治疗的人工晶状体。


图9-13眼睛结构图


表9-3 生物医用眼科材料分类与主要材质


来源:新材料在线


据统计,2006年全球眼科医疗器械市场已达170亿美元,2012年为236亿美元,预计2018年将达329亿美元,年复合增长率为5.7%。目前全球眼科医疗器械市场基本上被Abbott、essilor、Novarties、JNJVision、CooperVision等公司占领。


图9-14 全球眼科医疗器械市场规模


来源:EvaluateMedTech™(23SEP2013);中国医疗器械信息,2013;新材料在线


图9-15全球眼科医疗器械八大企业


来源:EvaluateMedTech™(23SEP2013),新材料在线

在中国约有30%的人口(超过三亿人)患有近视,且近年来近视患病率在中国年轻人群体中呈急剧增长趋势,在16至22岁的群体中已达80%左右。我国白内障患者已达5千万人左右,需要进行手术治疗的达500万人,并且每年新增40万人。我国有500万角膜盲病人需要进行角膜移植。我国的青光眼患者达650万。在角膜接触镜方面,国内市场以进口产品占主导,包括国外品牌博士伦、海昌、卫康、强生、视康、艾爵等。在人工晶状体方面,美国的爱尔康(现属诺华)、眼力健(现属雅培)和博士伦三家公司垄断全球人工晶体80%以上的市场份额。2015年,我国预计需要眼内人工晶状体120万个/年。


图9-16中国医用眼科材料发展


来源:新材料在线

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