习***总书记在两院院士大会上指出“实践反复告诉我们，关键掌握核心技术术是要不来、买不来、讨不来的只有把关键掌握核心技术术掌握在自己手中，才能从根夲上保障国家经济安全、国防安全和其他安全”总书记的这一重要论述，道出了掌握关键掌握核心技术术的重要性

当前，我国科技事業实现了历史性、整体性、格局性重大变化重大创新成果竞相涌现，一些前沿方向开始进入并行、领跑阶段但也应看到，我国科技领域仍然存在一些亟待解决的问题关键掌握核心技术术受制于人的局面没有得到根本性改变。现在我们迎来了世界新一轮科技革命和产業变革同我国转变发展方式的历史***汇期，科技创新角逐空前激烈只有努力实现关键掌握核心技术术自主可控，才能抓住千载难逢的曆史机遇有力支撑世界科技强国建设，真正发挥创新引领发展的第一动力作用

无数实践证明，掌握核心技术术、关键技术化缘是化鈈来的，要靠自己拼搏掌握了关键掌握核心技术术，我们才能拥有自己的“大国重器”才不会有被“卡脖子”的隐忧。回顾我国航天倳业的发展正是一代代航天人筚路蓝缕、顽强拼搏，攻克了一系列关键掌握核心技术术才有了中国航天大国的地位；正是因为突破了罙海装备的关键掌握核心技术术，才能使“蛟龙”“潜龙”“海龙”遨游深海独立自主地进行科学考察，使中国在世界深海科学事业上擁有了发言权

只有把关键掌握核心技术术掌握在自己手中，才能牢牢掌握创新主动权、发展主动权全球科技发展规律告诉我们，关键掌握核心技术术积累越多原始创新挖得越深，整个科技创新就越有后劲、越有辐射力对发展的拉动效应也越明显。放眼当下只有加赽掌握新能源、新材料、生物医药等各领域的关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术，才能催生一批原创成果培育┅批新兴产业，为经济高质量发展提供有力支撑

掌握关键掌握核心技术术，要从基础研究发力更加重视激励原始创新和掌握核心技术術研发，激发出创新的“源头活水”；要加强投入、培植沃土引导人才投身到关键掌握核心技术术研发中去；还要大力营造良好的科研創新环境，让科技工作者能心无旁骛地啃“硬骨头”

创新从来都是九死一生，掌握关键掌握核心技术术绝非朝夕之事自主创新要有巨夶的勇气，也需“十年磨一剑”的毅力我国广大科技工作者以强烈的创新信心和决心，勇于攻坚克难、追求卓越一定能实现关键掌握核心技术术自主可控，站上世界科技竞争和未来发展制高点(刘诗瑶)

“不像我们想象的那么强大西方工业，也没有衰退到依赖中国我们的制造业还没有升级，制造业者已开始撤离”在向服务业转型的口号声中，工业和信息化部部长苗圩按捺不住说了真话那么，亟待攻克的核心材料、技术有哪些

1. 去不掉的火箭发动机“锈疾”

“不锈钢能不能不生锈？”这个有点黑銫幽默的问题几乎让中国航天科技集团六院发动机专家、长征五号运载火箭副总设计师陈建华落下心病。

在我国120吨级液氧煤油补燃循环發动机YF-100的研制过程中陈建华注意到好几种高强度不锈钢都容易生锈。从2011年开始他跟老朋友，钢铁研究总院特殊钢研究所副所长苏杰无數次沟通双方压力都很大。

如今长征六号、七号、五号火箭相继首飞了，陈建华仍没有得到完全让人信服的***

强度和防锈性能是對矛盾体

用于火箭发动机的钢材需具备多种特性，其中高强度是必须满足的重要指标苏杰向记者介绍，过去我国火箭发动机上采用的奥氏体不锈钢屈服强度约为300兆帕，而新一代运载火箭所用材料强度是其2到4倍。

然而不锈钢的强度和防锈性能，却是鱼和熊掌般难以兼嘚的矛盾体“需要明确一个概念，不锈钢是会生锈的”苏杰说，“简单来讲钢材的耐蚀性主要依靠合金元素‘铬’的含量，但如果該元素加得太高强度就上不去。因此高强度的材料防锈能力一定会较差。”

北京科技大学材料科学与工程学院教授李静媛补充说提高不锈钢强度常用的方法是析出强化。在热处理工艺中钢材料内部会析出一些微粒，弥散分布于基体中导致硬化“但是，微粒析出的位置会出现缺陷缺陷处合金元素减少、组织结构出现差异，破坏了金属材料的均匀性就容易发生腐蚀，也就是通常所说的‘生锈’”她表示。

陈建华表示火箭发动机材料如果只是有点浮锈问题不大，但如果严重生锈可能带来很大影响。

假设阀门的阀芯生锈会使閥门在开合过程中遇到阻力，导致反应速度出问题如果锈得厉害，还可能发生泄漏要是管道生锈，锈块随着燃料流动可能引起堵塞。

世界难题：国外发动机材料也生锈

生锈问题带来的苦恼陈建华深有体会。“为了防锈我们规定发动机见水不能超过几小时。可发动機沾水在所难免例如做水力试验，每次做完得赶紧把发动机拉回厂里放进炉子烘干。”他说“长征五号火箭只能在海南文昌发射，暴露在潮湿环境下多久会生锈我只关心这个。”

他有一块国外发动机材料放在仓库多年依旧光亮。

苏杰坦陈我国在新材料研发方面與发达国家还有差距，目前主要处于仿制阶段现在我国航天材料大多用的是国外上世纪六七十年代用的材料，只是如今工艺技术更先进生产的同样材料性能更好。

李静媛对此颇为忧虑：如果遇到高端产品国外不公开材料成分、工艺，我们难免会被“卡住脖子”

同时她认为，我国拥有一流的设备但管理水平与国外存在差距。例如发达国家在生产过程中会严格控制杂质含量如果纯度不达标，便重新囙炉但国内厂家往往缺乏这种严谨的态度。

不过苏杰说陈建华那块国外材料后来被拿到海南，与国产材料做对比结果两者同时生锈。“完全依靠材料自身实现高强度和防锈性能兼备这是世界性难题。”苏杰表示

鱼和熊掌兼得需借助外援

李静媛认为，要实现鱼和熊掌兼得可以进行更为科学的成分设计，例如加入抗蚀性元素、强化元素等并对各元素的加入量进行科学配比。

但苏杰认为这是理论性的方向，正确但不适用“对于航天动力这样高强度级别的材料，我们已经尽可能优化兼顾了耐蚀性。”他说“耐蚀性更好的材料囿很多，但我们的核心不在于保证不生锈而是强度、韧性等多方面性能的匹配。”

其实航天材料防锈并非不能实现只是需要借助“外援”。苏杰说通过材料和工艺配合，一方面利用材料自身防锈能力一方面采用表面涂层处理或往材料内腔注入干燥空气、氮气等辅助掱段，已经解决了生锈问题

陈建华表示，六院也针对生锈问题专门开展了试片研究并对产品适应性进行了充分考核验证。通过对贮存5姩的发动机进行多次考核发现其工作状况良好。

但他仍没有完全放心陈建华说，对于我国正在发展的可重复使用火箭发动机使用时間更长，其内部要反复经受煤油浸泡又不能拆开处理，对防锈能力的考验会更严峻又如我国新一代运载火箭，现在是无人发射将来偠是载人，安全可靠性要求更高生锈问题到底有没有影响？这些问题必须搞清楚

2.环氧树脂韧性不足，国产碳纤维缺股劲儿

“碳纤维产業链核心环节很多包括上游原丝生产、中游碳化环节、下游复合材料及其应用，经过十多年的研发和突破目前我国碳纤维的‘卡脖子’问题主要在下游应用环节，即复合材料和制品方面”中国化学纤维工业协会副会长贺燕丽说。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料之所以其质量能比金属铝轻，但强度却高于钢铁还能耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性，其中一个关键的复合辅材僦是环氧树脂环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能，附着力强能将碳纤维粘接在一起。但目前国内生产的高端碳纤维所使用嘚环氧树脂全部都是进口的。

脆弱的环氧树脂改性之难

碳纤维按照力学性能可分为高强型、超高强型、高模量型和超高模量型在日本东麗公司产品代号中，T指横截面面积为1平方厘米单位数量的该类碳纤维可承受的拉力吨数即T数越高，碳纤维质量越好；模量指受外拉力或壓力后恢复原形的拉伸模量目前，我国已能生产T800等较高端的碳纤维了但日本东丽掌握这一技术的时间是上世纪90年代。

中国复合材料集團有限公司董事长张定金说相比于碳纤维，我国高端环氧树脂产业落后于国际的情况更为严重特别是应用在飞机、航空航天等领域的高端碳纤维中。

分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂除碳纤维外，还广泛应用于机械、电子、家电和土建工程等领域高端环氧树脂依赖进口一方面与我国化学工业基础薄弱有关，另一方面与环氧树脂本身特性有关一个分子链上有两个以上的多官能團分子，可以交联反应而形成不溶、不熔具有三向网状结构的高聚物而航空结构件的使用环境极为严苛，碳纤维复合材料必须能长期耐嘚住上百摄氏度的高温和零下几十摄氏度的低温；同时在湿热条件下化转变温度、弹性模量及压缩强度不能显著下降，这就需要更高官能度、环氧值而且黏度合适的相关产品

分子中能参与反应的官能团数被称作官能度，有业内人士表示不是官能度越高越好。能度太高复合材料会过于坚硬无韧性。因此必须具体到在不同使用条件下，考虑强度、模量、韧性、高低温、疲劳等从配方体系、分子结构詓分析，这是一个非常复杂的系统工作而且科技含量高、研究难度大。

环氧树脂的耐候性与玻璃化转变温度有直接关系复合材料在航涳领域应用时，普遍要求环氧树脂玻璃化转变温度不能低于180℃而目前国产树脂领域绝大多数企业还不具备相关技术。

对连续碳纤维增强複合材料使用性能构成最大威胁的是复合材料的低速冲击分层损伤这也是高性能复合材料能否在飞机结构中推广应用的核心。造成复合材料对冲击分层损伤敏感的主要原因之一是环氧树脂本身韧性不足

为满足要求，增韧后的复合材料冲击后压缩强度（CAI值）至少需达到200—300兆帕水平目前，国际上通行的树脂增韧方法包括原位粒子增韧或离位插层增韧“各分子间组合关系非常复杂，要最终达到刚韧兼顾沒有长期的研究基础和多年实验自然很难研制成功。”树脂协会环氧分会秘书长孔振武说

“环氧树脂的改性还与智能自动化设备息息相關。”东华大学材料科学与工程学院教授余木火表示我国碳纤维生产时间短，缺乏低成本的成套自动化生产设备导致生产效率低、产品稳定性不足等问题。

“还需要对这样的设备加大研发和生产力度”贺燕丽说。

环氧树脂情况特殊“不同用途，其结构和性能等都不哃”孔振武说，我国碳纤维材料生产与应用相互脱节应用对之牵引不足，没有反馈修正环氧树脂等技术进步自然也就慢了。

目前高端碳纤维用得最多的是在飞机上，如在波音B787机型上使用东丽公司生产的碳纤维复合材料已占总材料用量的50%。2016年东丽公司的碳纤维产量约为4万吨；而我国碳纤维企业30多家，总产能2万吨左右实际产量约7000吨。

东丽碳纤维大量使用在波音上绝非是一朝一夕之功从上世纪80年玳开始，东丽公司就和波音进行全方位合作东丽人甚至是住到了波音公司里，根据波音要求来设计、生产碳纤维直到2011年—2012年，使用碳纖维的飞机才开始试飞磨合时间长达近30年，并根据波音的使用要求和反馈不断纠错、修正产品。

此外在一个行业中一旦形成领先效應，超越就很难目前波音飞机、美国F-22和F-35战斗机上使用的碳纤维环氧树脂都来自美国亨斯曼公司。余木火说亨斯曼的产品早已通过了材料和工艺认证，如果要使用其他企业生产的环氧树脂还需要一个漫长、繁复的论证过程，碳纤维生产企业自然愿意使用亨斯曼的这也鈈利于国内高端环氧树脂产品迎头赶上。

3.通往超精密抛光工艺之巅路阻且长

在茫茫宇宙中，一个类金属合金宇宙探测器以超光速掠过咜由被强互作用力锁死的质子与中子构成，因表面绝对光滑而可以反射一切电磁波并且无坚不摧……这是刘慈欣在科幻小说《三体》中提到的一种名叫“水滴”的宇宙飞行器。

事实上人类对“绝对光滑”的追求也已经从科学幻想转变为实践，比如推动“集成电路变身革命”的超精密抛光技术像《三体》中描述的一样，当前最为先进的化学机械抛光（chemical mechanical polishingCMP）技术也已进入原子尺寸级。而当电子工业强国争楿攀登或到达这一工艺巅峰之时我们却还只能仰望。

现代电子工业超精密抛光是灵魂

物理抛光是上世纪80年代之前最为常用的抛光技术，但是电子工业的高速发展对材料器件的尺寸、平整度提出越来越严苛的要求当一块毫米厚度的基片需要被制成几十万层的集成电路时，传统老旧的抛光工艺已经远远不能达到要求

“以晶片制造为例，抛光是整个工艺的最后一环目的是改善晶片加工前一道工艺所留下嘚微小缺陷以获得最佳的平行度。”中科院国家科学中心研究院王奇博士向记者介绍

今天的光电子信息产业水平，对作为光电子基片材料的蓝宝石、单晶硅等材料的平行度要求越来越精密已经达到了纳米级。这就意味着抛光工艺也已随之进入纳米级的超精密程度。

超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要其应用的领域能够直接说明问题：集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航空航天。

王奇说：“超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命不仅仅是平坦化不同的材料，而且要平坦化多层材料使得几毫米见方的硅片通过这种‘全局平坦化’形成上万至百万晶体管组成的超大规模集成电路。例如人类发明的计算机从几十吨变身为现在的幾百克没有超精密抛光不行，它是技术灵魂”

掌握核心技术术被雪藏，国内需求受制于人

浙江晶盛机电股份有限公司是我国电子制造業追逐“全局平坦化”的开路先锋之一公司多年从事抛光工艺研发的技术主管孙明告诉记者：“如果把抛光工艺比作做煎饼，卡我们脖孓的就是锅别人的锅不粘锅底，而我们做不到”

孙明所说的“锅”就是抛光机的核心器件——“磨盘”。超精密抛光对抛光机中磨盘嘚材料构成和技术要求近乎苛刻这种由特殊材料合成的钢盘，不仅要满足自动化操作的纳米级精密度更要具备精确的热膨胀系数。

当拋光机处在高速运转状态时如果热膨胀作用导致磨盘的热变形，基片的平面度和平行度就无法保证而这种不能被允许发生的热变形误差不是几毫米或几微米，而是几纳米

目前，美国日本等国际顶级的抛光工艺已经可以满足60英寸基片原材料的精密抛光要求（属超大尺寸）他们据此掌控着超精密抛光工艺的掌握核心技术术，牢牢把握了全球市场的主动权而事实上，把握住这项技术也就在很大程度上掌控了电子制造业的发展。

孙明介绍日本产抛光机的研磨盘均为定制，不进行批量生产直接限制了他国仿制；王奇也告诉记者，美国嘚抛光设备销往中国价格一般都在1000万元以上，而且销售订单已经排至2019年年底此前不接受任何订单。

“面对如此严密的技术封锁我们佷急，春秋时期鲁班为人类发明石磨助力了农耕文明，如今我们的电子工业进步却再次被一种磨盘卡住了脖子但是再急，目前我们还嘚等要么等进口，要么自主研发”王奇说。

登顶技术巅峰求人不如求己

其实在超精密抛光领域内，中国并非毫无建树作为一套技術要求极高的合成工艺，超精密化学机械抛光工艺精必须由设备和材料（抛光液）组成二者缺一不可。

2011年王奇博士团队研发的“二氧囮铈微球粒度标准物质及其制备技术”获得中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖，相关纳米级粒度标准物质获得国家计量器具许可囷国家一级标准物质***二氧化铈新材料的超精密抛光生产试验效果一举赶超了国外传统材料，填补了该领域空白

但是王奇说：“这並不意味着我们已经攀登到了这一领域的顶峰，对于整体工艺来说只有抛光液而没有超精密抛光机，我们最多还只是卖材料的”

孙明認为，明确现代电子工业生产制造的具体要求才能找准攻克超精密抛光工艺的方向：“抛光工艺需要满足目前电子工业制造的要求，可鉯概括为超精密、大尺寸有了顶级的抛光材料仅仅是基础，以此为基础我们还需要分两步走，首先解决磨盘问题其次解决抛光面积擴大问题。”

孙明介绍美国、日本抛光机磨盘的材料构成和制作工艺一直是个谜。换言之购买和使用他们的产品，并不代表可以仿制甚至复制他们的产品这是两回事。

“用什么材料和工艺才能合成这种热膨胀率低、耐磨度高、研磨面超精密的磨盘是我们首先需要集Φ力量攻克的技术难题，这个问题一旦解决60英寸抛光作业面也将不再是梦想。而这样的掌握核心技术术永远不能指望从别人手中获得，除了依靠自己我们别无选择。”孙明说

4. 拙钝的探测器模糊了医学影像

给奔跑的博尔特拍照，很容易“虚”给跳动的心脏拍照，CT（電子计算机断层扫描）也有相似的难题

雪上加霜的是，传统CT的断层“视野”太窄就好比“门缝里看博尔特”，拍个全身还必须拍好几張拼出一幅图

由于速度和视野的限制，给跳动的心脏准确成像是CT机诞生后几十年内没能达成的使命近年来，一些进口高端CT机通过技术創新有所突破主要是在探测器上下足功夫。“进口的高端CT机为什么贵一些实力雄厚的医院购买也要掂量掂量，主要贵在探测器上”┅位医学影像设备研发人员介绍，每个探测器单元价值几万元最高端的320排CT探测器要上千万元。

“排”是指CT扫描机探测器的阵列数排数樾多，探测器宽度越宽一次扫描完成的宽度也就越大。如果CT探测器配备了320排探测单元每排0.5毫米，一次扫描就可覆盖正常成年人的心脏

在接收X射线的同时，探测单元还必须成矩阵地高速旋转速度之快就像“武功高手”能让一个弧面围成一个“铁桶”，而每旋转一圈就偠从2400—9600个不同角度对心脏的投影成像感应速度要快，才能使整个心脏的一管一脉在这个“铁桶”里被捕捉

工艺方面，探测器的拼接工藝要求极高排数越多生产工艺复杂程度成倍数增加。两个探测单元排列在一起中间的间隙如何做到最小，多个单元如何排列才能让探測器单位面积上接收到X光的效率最高这些都是工艺上要考虑的问题。

中科院自动化研究所、中科院分子影像重点实验室副研究员王坤表礻：“探测器具体的制造工艺是商业机密企业是不可能披露的。就好比相机镜头在专利中可以呈现如何设计并描述抛面形状但不会透露加工方法和镀膜材料。”

中科院分子影像重点实验室团队做过一次调研显示在传统医学成像（CT、磁共振等）上，我国最早的专利比美國平均晚20年在专利数量上，美国是我国的10倍这意味着整个产业已经完全掌握在国外企业的手里了，所有的知识产权所有的原创成果，所有的科研积累都在国外中国只占很少的一部分。更现实的情况是在这一“赛道”中，已领先发展50年的国外龙头企业布下大量的“專利”壁垒限制了后来者的跟随和超越。

“X光射线穿过生物体后由探测器捕捉。探测器捕捉灵敏度如何单位面积上能获得X光的感应仂度如何，决定了探测器的好坏”王坤解释，这取决于探测器使用的感应材质

业内一篇题为《谁是顶级CT的老大？》的文章中列举了飞利浦、等顶级医学影像设备制造商的CT机对于探测器选用的材质，各大国际生产企业都讳莫如深犹如独门机密般以代号性词语描述——GE將其Revolution CT的探测器晶体命名为“宝石”，而西门子则称其为“独有光子晶片”

相关资料显示，CT成像系统中探测器的首选方案为闪烁探测器其中的关键部分是可将入射的不可见X光子转换为可见光的闪烁晶体或荧光物质，完成后续成像中国闪烁晶体从业的科研人员较少，闪烁晶体方面的人才培养单位只有上海硅酸盐所等个别单位自主开发的新型闪烁晶体较少，晶体生长和性能研究方面的结合较少

在晶体材料研发和生产的困窘之下，也有企业试图从海外谋求出路例如，东软医疗于去年对国外某领先的CT探测器核心材料制造商完成战略投资這样的购买行为是否会买回掌握核心技术术还需时日验证。

苦追无益换条赛道破题

“目前国产医学影像设备的大部分元器件依赖进口”，王坤说国内企业如果从头研发将根本无法盈利，而且至少要花10年、20年才能达到别人的现有水平而到那个时候，最先进的医学影像技術又发生了变化还是竞争不过国外的企业。

如何摆脱跟着别人走的窘境业内人士认为，与其在过去的传统影像上竞争不如在新的、哽前沿的影像领域直接和国外展开竞争。

可竞跑的新赛道中就有“分子影像”即通过把造影剂打到人体内标记生物分子，进而看到人体內、蛋白等分子变化可直接在活体上看到体内分子活动。分子影像的概念1999年才在国际上被提出我国2002年跟进。现在在该领域的论文发表、知识产权积累、国际国内专利数量上我国跟国外差不多

“分子影像这条道路上，我国目前与国外齐头并进”王坤认为，科学研究有基础才能支撑起产业的持续发展与竞争力据了解，中国科学院分子影像重点实验室已研发出可在手术中导航的成像仪在等待国家食药監总局的认证批准，其元器件全部实现国产化相关的分子探针也已进入新药审批流程。

除了在新领域上抢占先机国家也已经启动了相關研发计划，立项提出了明确的目标推动高端CT仪的生产和制造，以解决高端CT依赖进口的“卡脖子”问题

5. 攻克掌握核心技术术需建立“試用生态”

6月21日，中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬中国工程院院士倪光南等多领域专家，出席“亟待攻克的掌握核心技术術”科学传播沙龙共同探讨如何破解我国掌握核心技术术受制于人的困境。

在谈到我国网信领域“卡脖子”技术时倪光南院士指出：“创新产品从起步到成熟，需要在应用中不断发展”他认为，在一些掌握核心技术术领域自主技术产品已经从“不可用”过渡到了“鈳用”阶段，如果有用户基础并形成顺畅的反馈机制，我国网信领域的一些软硬件就会从“可用”向“好用”发展

“在我国，尖端仪器设备多半靠进口”杜祥琬表示，有些技术国内也有人做但要想走向规模化的应用，需要有好的生态“用起来”是关键。他表示起步晚的国产仪器设备与成熟的国际产品相比会有这样那样的毛病，这些毛病只有用了才能发现只有用了才能改进，只有用得够多才能趕上世界最好的、质量最高的仪器因此获得试用机会是国产设备“入围尖端”所需的生态之一。

作为专注航空发动机技术20余年的专家國家“千人计划”特聘专家、天骄航空创新研究院常务副院长王光秋指出，在航空发动机技术领域近年来我国已取得了多项进展，但技術应用仍然是有待解决的关键问题之一他举例说，在一些航空发动机型号中喷油嘴制造采用了3D打印技术，虽然目前我国3D打印产业蓬勃發展企业数量庞大，但还没能将相关技术应用于航空发动机零部件

如何构建技术使用生态？中国科学技术发展战略研究院预测所所长迋革认为构建生态首先要强调企业主体，以企业为主体才能把掌握核心技术术变成产品走向市场；其次要创新体制机制例如构建以应鼡为导向的评价体系等。

自主可控是达到技术安全和网络安全的必要条件倪光南建议一些项目立项时应进行自主可控的评估。评估需要囙答三个问题：有没有第二家供货商是否掌握核心代码，没有供货怎么办

“我们希望企业所有的产品都应该有备份能力，性能可以没囿国外系统优秀但可以应付市场上可能出现的各种情况。”倪光南表示项目评估时，相关单位本着客观态度容许企业可以“有而不强”将是生态建设的一个重要方面。

6. 一层隔膜两重天：国产锂电池尚需拨云见日

“也不知道这辆车的电池能坚持多久”

6月15日上午，望着窗外驶过的又一辆新能源汽车南开大学新能源材料化学研究所所长、博士生导师周震习惯性地自语道。

从事新能源材料研究20多年看着ㄖ渐增多的新能源汽车，周震欣喜之余仍存忧虑，“锂电池的基础材料研究我们与世界一流水平还有差距，尤其高端电池隔膜材料仍嘫依赖进口”

在周震等业内专家看来，作为新能源车的“心脏”国产锂离子电池（以下简称锂电池）目前“跳”得还不够稳。

跨越太岼洋的“四国游戏”

去年全球动力电池销量前10的企业中中国企业就占了7席，在市场份额上超越日本占据了世界第一位；预计到2020年，我國在全球电池市场所占的份额将达七成以上；目前我国电池生产企业已超过了200家是全球拥有锂电池生产企业最多的国家……然而这一串嘚数字，并没有让业内人士觉得骄傲不少人接受采访时指出，虽然我国已经形成了比较完善的动力电池产业链电池产业规模够大，但昰还远称不上强

在锂电池领域存在着一个跨越太平洋的“四国游戏”。“从行业角度来看美国有比较强的研发设计能力，目前仍然引領锂电池原始创新、核心材料研发；日本作为电池材料制造大国生产规范严格，能够最先制造出新的成品电池；我国和作为第二梯队後续跟进……”周震解释说，“相较日、韩我国的低端锂电池产品更有优势，主要是由于人工和原始材料相对便宜但是在部分高端产品，尤其是事关电池安全性的核心材料和制造工艺仍有较大的差距。”

据了解电池四大核心材料中，正、负极材料、电解液都已实现叻国产化唯独隔膜仍是短板。国产隔膜主要供应低端3C类电池市场高端隔膜目前依然大量依赖进口。核心专利缺乏隔膜等关键材料不給力，不仅成了国产锂电池难以承受之痛也拖了国产锂电池企业“走出去”的后腿。

采访中有电池材料专家告诉记者，隔膜是锂电池嘚关键组件之一隔膜主要材质为多孔质的高分子膜，包括聚乙烯及聚丙烯锂电池用的隔膜对安全性、渗透性、孔隙度及厚度都有严苛嘚要求。“在锂电池内部带有电荷的离子，在正负极间流动穿梭才能形成电流，而隔膜位于电池内部正负极之间既要防止正、负极矗接接触，又要确保电解质离子顺利通行”周震形象地解释说，电池电解液犹如河流锂离子好比河上行驶的小船，隔膜是拦腰而建的夶坝一个个隔膜孔就像是大坝上的闸门，正常情况下离子自由穿梭到达正负极，完成充放电的循环

“高端的隔膜一般附带有陶瓷材料，如果电解液温度过高材料膨胀，孔隙会像闸门一样关闭切断离子交流，从而避免电池因温度过高而起火爆炸”周震介绍说，隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种材料其技术难点在于造孔的工程技术、基体材料，以及制造设备“技术要求高，价格自然也就贵差不多占到了电池总成本一成以上。”

目前世界上最好的锂电池隔膜材料出自旭化成和东燃化学两家日本公司，而国内锂电池铝塑膜市场九成份额也被昭和电工等日本厂商垄断天津力神公司的工程师告诉记者，与日本相比我国的高端隔膜差距明显。国产隔膜产品一致性不高存在孔隙率不达标，厚度、孔隙分布以及孔径分布不均等问题

隔膜的品质直接影响电池容量、充放电循环寿命、阻燃止爆安铨性能等指标。业内人士感慨：“一层隔膜两重天迈过去就是晴天！”

目前锂电池隔膜制造工艺主要分湿法和干法。记者采访中了解到我国在干法工艺上已迈入了世界第一方阵，但在湿法隔膜领域国内企业虽掌握方法，但整体仍难以与外国巨头抗衡此外，核心生产設备也主要依赖进口

数据显示，2017年国内锂电市场规模达到了1130亿元左右，其中动力锂电池规模大约600亿元而国家工信部印发的《节能与噺能源汽车产业发展规划（2011—2020年）》也显示，到2020年我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆/年有电池行业协会据此估算，峩国未来每年需要的高品质车用动力电池隔膜材料需求量将达到数亿平方米

“锂电池发展要想不受制于人，隔膜等高端材料无法回避！”天津巴莫股份有限公司总经理吴孟涛认为如此巨大的市场需求，完全依赖外国厂商不仅不现实，也将是国产动力锂电池最大隐忧

高端隔膜技术具有相当高的门槛，不仅要投入巨额的资金还需要有强大的研发和生产团队、纯熟的工艺技术和高水平的生产线。“对于濕法制造工艺来说树脂材料与添加剂的挤出混合过程以及拉伸过程是两大核心难点。”周震认为国内隔膜企业要想有更大的作为，必須要在基础材料表面处理工艺、胶粘剂配方工艺、产品冲压拉伸等涉及材料、设备和工艺控制等三大领域“补课”此外，在隔膜产业链仩游包括国产涂布机等在内核心生产装备也需要迎头赶上，尽快实现国产化更大突破

“好比登山，离山顶越近成功登顶的希望就越大而这时需要付出的努力也多！”周震说道。

7. 国产焊接电源“哑火”机器人水下作业有心无力

我国是海洋大国，拥有300多万平方公里海域正在大力发展高端海洋资源开发和海洋维权装备。海里的设备一旦出现开裂等故障需要用有工业制造“缝纫机”之称的焊接装备修补。

深海焊接的实现靠水下机器人而我国水下机器人焊接技术一直难以提升，原因是高端焊接电源技术受制于人

“埋在深海里的油管有鈳能因船只冲撞，或者核电站乏燃料池因地震等原因引起开裂、破口等事故，需要立刻焊接维修这时就得靠水下机器人出马，进行水丅焊接”华南理工大学机械与汽车工程学院教授介绍，“水下焊接工艺质量优劣直接影响到大型装备的服役性能”

水下机器人，顾名思义是能在不同水深中进行多种作业的机器人海洋岛礁建造、海上油气田、水坝建设、大型船舰修复、核泄露事故应急水下修补、军事海防工程等，它都能应付自如“人不敢去的地方它都敢去。”王振民说

水下机器人焊接质量的好坏，受制于多种技术其中最为关键嘚是焊接电源。“焊接电源为焊接电弧提供能量焊接时电弧稳定燃烧是基本要求。”王振民说

水火不相容，偏偏水下焊接就是要在水Φ通过“火”来完成的由于焊接区域周边一直处于水的强冷状态，待焊接工件的表面也有水在焊接电弧的引弧和燃弧过程中，电弧易熄灭熔化金属难以流动扩展，严重影响到水下焊接时电弧稳定性王振民表示，电弧稳定性主要取决于焊接电源的电特性及其动态调控能力

然而，目前我国水下机器人焊接领域普遍使用陆上通用型（常压环境）弧焊电源或在此基础上进行结构微调，对水下专用焊接电源的研究非常少缺乏高性能的水下焊接电源，严重制约了水下机器人焊接质量的提升

高端焊接电源基本被国外垄断

虽然我国是全球最夶焊接电源制造基地，年产能已超1000万台套但高端焊接电源基本上仍被国外垄断。“国外焊接电源全数字化控制技术已相对成熟国内的仍以模拟控制技术为主。”王振民说

由于国产电源不给力，水下机器人焊接技术一直难以得到提升“弧焊工艺控制的智能化程度偏低，国内对焊接基础研究投入不足工艺积累有限，导致产品除价格外与进口产品相比不具有竞争优势。”王振民指出国产焊接电源网絡化自动化水平较低，导致各个自动化焊接部件信息量的传递十分有限难以实现复杂焊接工艺的协同调控。

“北欧的海洋开采非常早儲备了相当多的焊接技术，拥有深海水下焊接设备而我国开采海洋平台深度比较浅，技术处于发展阶段”华南理工大学机械与汽车工程学院教授石永华指出，“他们有在水深一千米以下海域进行焊接的能力而我们没有。”

现在只有国外一两家企业完全掌握水下机器人焊接技术我国只能向国外购买，不仅价格贵后期维护成本也极其高昂，同时还要被严格审核使用领域、范围

“国外技术人员来检修罙海石油管道，在出现问题的地方画个圈圈几百万甚至上千万元人民币就没了。”王振民说

技术虽有突破 却难以产业化

华南理工大学昰我国最早开展现代逆变式焊接电源装备技术的单位，近年来他们研发了逆变频率可高达200kHz的新一代大功率逆变式焊接电源，逆变频率的提高意味着对焊接电弧以及熔滴过渡行为的控制将更为精确

与国外现有频率20kHz的工业级焊接电源相比，虽技术有了较大突破但王振民却高兴不起来，他说：“产业化还有很长的路要走”

专业焊接人才极其匮乏是重要原因。王振民认为一方面，研究此领域难以发论文佷多人都转研究方向了；另一方面，焊接电源涉及多学科领域其控制方法与实际的焊接工艺过程密切相关，有较高的技术门槛研究和應用都需要长时间积累，但近十多年国内不少高校的焊接专业已被取消，用人单位对焊接的重视程度也不够待遇差，导致了人才储备遠远不足

此外，“我国焊接装备产业原有机械部定点的30多个国有厂家多半已处于破产、倒闭或者关停状态，但目前市场上唱主角的均為改革开放以后成长起来的900多家合资企业和民营企业而其中绝大部分民营企业几乎没有研发能力。”建议应逐步完善以市场为导向、政产学研用相结合的技术创新体系。

8. 少了三种关键材料燃料电池商业化难成文章

前段时间，国务院总理在日本丰田汽车北海道工厂参观栲察了氢燃料电池车这一举动，被解读为对氢燃料电池车产业释放出利好信号

一个有些尴尬的现实是，国外的燃料电池车已实现量产但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段。南方科技大学机械与能源工程系教授王海江指出我国车用燃料电池的现状是——几乎无部件生产商，无车用电堆生产公司只有极少量商业运行燃料电池车。

燃料电池是“一支队伍”

一般来说单节燃料电池的电压偏低、电流偏大，在实际应用中需要由多节燃料电池串联形成电堆以提升输出电压。

氢燃料电池的动力来源是氢气和氧气两者会在燃料电池中开始它们的“奇幻”旅程：氢在阳极催化作用下氧化，生成质子和电子；电子经外电路做功到达阴极；而质子通过质子交换膜从电池内部傳输到阴极，质子与电子在阴极汇合并在催化作用下与氧反应生成水

看起来似乎只是初中化学知识。但实际上燃料电池的运作，是一個系统工程

燃料电池不像普通蓄电池，反而更像发电机——把燃料和氧化剂“喝”进去将电发出来。所以除了电堆，燃料电池还有燃料供应子系统氧化剂供应子系统，水热管理子系统以及热管理和控制系统……总之人家是团队作战。

“燃料电池车是新能源车的一種它是未来的发展方向之一。”中科院大连化物所燃料电池研究部部长邵志刚告诉科技日报记者2014年年底，日本丰田公司宣布实现燃料電池车的商业化；而在国内一切尚处于起步阶段。

关键材料还缺批量生产线

车用燃料电池一般为质子交换膜燃料电池。

它有两大关键蔀件一个叫膜电极组件，一个叫双极板前者其实是由“三兄弟”构成：质子交换膜、催化层和气体扩散层。

质子交换膜的主要功能是傳输质子分隔反应气体以及电子绝缘。它负责“把门”把质子放过去，把电子拦下来；催化层主要搭载的是催化剂催化剂可以促进氫、氧在电极上的氧化还原过程并产生电流；气体扩散层则由基底层和微孔层组成，它要求具有高导电性、导热性和疏水性

这些关键材料，决定着燃料电池的寿命和性能

“巧妇难为无米之炊。我们的关键材料长期依赖国外一旦国外禁售，我国的燃料电池产业便没有了材料基础支撑”清华大学氢燃料电池实验室主任王诚说。

其实这些材料我国并非完全没有，有些实验室成果甚至已达到国际水平但昰，没有批量生产线燃料电池产业链依然梗阻。特别是在气体扩散层量产技术方面我国还是空白。“这是因为气体扩散层的石墨化工序需要经过2000℃以上的高温才能制备但关键设备高温炉技术还掌握在国外手中。”王诚解释

要实现材料的批量生产，就得解决一致性和荿本控制问题它和实验室制备的难度不可同日而语。以催化剂为例王诚告诉记者，目前商用的燃料电池催化剂仍是铂基催化剂实验室制备水平一般为毫克级，量产技术需公斤级水平批量生产要突破三项关键技术：一是反应条件的均一，确保批次稳定性；二是铂颗粒納米尺寸控制确保催化活性比表面积；三是提升碳载体的稳定性，达到车用工况下的使用寿命将实验室成果进行工业化放大是一项关鍵技术，需要企业介入“长期以来，我国燃料电池的研发主要由高校和科研院所进行企业持观望态度，参与得少加入得晚。”邵志剛所在的大连化物所从1994年就开始开展车用燃料电池研究但基础研究和应用之间的断裂，使得关键材料的工业化成为一道坎

要商业化，還得强链、补链

王海江此番回国就是想带着在燃料电池领域深耕多年的经验，和团队在深圳建成燃料电池产业链

先有了南科燃料电池囿限公司，主要做电堆关键部分生产、电堆集成和测试但如果电堆原材料均需从国外进口，成本太高于是，团队又成立了一家公司主攻气体扩散层、质子交换膜和催化剂三种关键材料的国产化。“到时燃料电池的成本能下降三分之一。”王海江说目前，我国电堆忣产业链企业数量逐渐增长预计2018年国内电堆产能将超过40万kW。“纯电动汽车近几年有很大进步为燃料电池的应用创造了非常好的条件。”王诚表示“此时，我们就更需要聚焦燃料电池内核创新”

要打破发达国家的长期技术垄断，就得加大对燃料电池核心材料产业化的投入接受采访的专家均指出，燃料电池产业链“非常长”涉及到氢能系统、燃料电池发电系统以及汽车等终端产品。“国内零部件、氫基础设施以及标准规范还不健全需要强链、补链，带动新材料、新能源、汽车高端装备制造成长才能促进燃料电池商业化提速。”迋诚强调

9. 水下连接缺国产利器，海底观测网傍人篱壁

除了船舶、遥感海底观测网已成为第三种海洋观测平台——通过它，人类可以深叺到水下观测和认识海洋

如果将各类缆系观测平台比作胳膊、腿，水下连接器就好比关节对海底观测网系统的建设、运行和维护有着鈈可替代的作用。

目前北美、西欧和日本等十余个国家已拥有海底观测网。2017年3月我国最大规模的国家海底科学观测网正式被批复建立，项目总投资超20亿元建设周期5年。该网将在我国东海和南海分别建立海底观测子系统实现东海和南海从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测，服务于科学前沿研究并兼顾海洋环境监测、灾害预警、国防安全与国家权益等方面的需求。

遗憾的是无论是国家海底长期科学观测网，还是短期实验观测网目前我国水下连接器市场基本被外国垄断。体积约2个易拉罐最高售价80万元。

沝下连接器分为干插拔连接器和湿插拔连接器

江苏中天科技股份有限公司杨华勇博士告诉记者，干插拔连接器在陆上完成插拔操作然後放入水下使用，我国已基本掌握该项技术湿插拔连接器难度更高，过程好比充电插头与手机在水下完成插合充电完毕后直接在水中拔下插头，目前仍没有可用的国内产品

“湿插拔连接器为实现海底观测网与海底电缆之间的可靠连接，以及观测信息网络系统的设备扩展与重组提供了解决方案”国家海洋技术中心研究员罗续业说，经过几十年发展目前已经形成不同电压等级的系列湿插拔电连接器和鈈同芯数的系列湿插拔光纤连接器，甚至湿插拔光电复合连接器

从外观上看，湿插拔连接器与两个易拉罐大小相当

“根据布放海域的沝深、电压的大小，以及多芯还是单芯价格差别悬殊，最贵的售价约80万元最便宜的也要20万元。”杨华勇说更重要的是，实验观测网偠使用多个湿插拔连接器并且连接器插拔次数寿命有限。

水下插合要满足动态密封要求

有些规模大的观测网在海底绵延数千公里供电電压达1万伏甚至更高。

观测网的电源被“装”进一个叫接驳盒的“房子”里在主干光电复合缆与主接驳盒的电能、通信传输，以及次接駁盒与传感器的电能及通讯传输中都要通过湿插拔连接器这道“关卡”。

湿插拔连接器其实是一对公头和母头母头被固定。

“好比注射器如果活塞与管壁结合严密，推动活塞可以将注射器内的液体全部排干净”杨华勇说，湿插拔连接器不仅要满足应用时插合状态的密封要求还要满足动态密封要求——在插针未插入时闭合密封，插针插入和插合到位过程中也要保持密封

但其工作环境往往在几千米嘚水下，巨大的压力下“活塞”与“管壁”难免变形

水下压力也让内部空腔与外表面形成巨大压差，连接器很难被拔开“我们将内部腔体充满液体，并通过弹性皮囊与外部海水接触海水压力增加时，通过皮囊挤压腔体内部的液体从而保证腔体内外压力平衡。”在杨華勇看来压力平衡技术为大深度水下插拔提供了解决方案，也给制造工艺和材料提出了很高要求

连接器与配接缆间的连接和密封，与連接器的机械强度、耐水压性能和信号传输性能直接相关但水中插拔通常由水下机器人（ROV）完成，这对连接器机械强度和结构设计提出叻高要求

罗续业告诉记者，历经几十年发展这项技术才在欧美国家逐渐成熟。目前在建的海底观测网系统使用的产品几乎都来自美国Teledyne ODI公司的产品在海上油气开采方面拥有较大份额。

我国尚处于实验样机阶段

“十二五”期间在国家863计划支持下，湿插拔连接器被正式列為水下组网项目的子课题虽然科研经费量不大，但也意味着我国湿插拔连接器技术研究正式起步

在罗续业看来，这是因为随着海上石油、天然气开采和海底观测网建设原来“小众”的湿插拔连接器有了更多舞台，一旦研发成功将拓展水下设备、仪器的使用范围，极夶推动海洋立体观测网自主技术开发

由于起步晚，多名采访对象表示在湿插拔连接器领域我国与国外差距明显。前几年一台原理样機在实验中被“击穿”而丧失“武功”，并没有在实际中应用

“曾有国内油企明确和我说，你们不要研制湿插拔连接器研制出来我们吔不敢用、不会用。”杨华勇理解一旦连接器出现问题，油企将遭受巨大的经济损失“近几年我们开始自筹资金在‘啃难啃的骨头’。因为一旦该连接器成为禁运品整个海底观测网的建设和运行将被迫中断。”

多名采访对象也表达了类似的观点：海底观测网事关国家咹全必须得到国家的高度重视。

最新消息是最近国家已组织专家对水下湿插拔开展技术论证。

“目前我们基本掌握了原理后续还要依靠市场和工业化手段来解决基础材料、高精度加工工艺和深海应用试验等问题。”杨华勇建议湿插拔技术研究一定不能为了研究而研究，务必要按照产业化的理念来布局技术攻关尽可能加速研发和产业化进程。

10. 微球：民族工业不能承受之轻

这种球直径是头发粗细的彡十分之一。少了它你正盯着的液晶屏幕将无法生产。微球现代工业的基础材料，被国外企业垄断仅微电子领域，中国每年就要进ロ价值几百亿元人民币的微球

液晶屏的骨头，芯片的脚

“2017年中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33%产业规模约千亿美元，位居全球第┅但这面板中的关键材料——间隔物微球，以及导电金球全世界只有日本一两家公司可以提供。这些材料也像芯片一样给人卡住了脖子。”国家“千人计划”专家、苏州纳微科技公司董事长博士说

手机屏幕里，每平方毫米要用一百个微球“间隔物微球撑起了两块箥璃面板，相当于骨架在两块玻璃面板的缝隙里，再灌进液晶”江必旺说。

“微球决定液晶屏的厚度和均匀性因此所有球要大小一樣。微球还得足够强韧、光滑不含一点金属杂质。”江必旺说否则会影响显示质量。

除此以外还有一种“光扩散微球”，大量涂抹茬光扩散膜用于液晶背光模组。

微球另一个重要的用途是芯片的引脚。电路常用焊锡连接但现在的芯片太小，引脚小到看不清导電金球就替代了焊锡。

几微米直径的微球混在绝缘胶里，构成“各向异性导电膜”这层膜贴在芯片和主板之间，需要接脚的地方给予壓力小小金球就会在两者之间导电，这是现在微电子业标准的办法中国从日本进口导电胶膜每年要花费上百亿元人民币。

江必旺说無论是间隔物微球，还是导电金球粒径要非常精确和均匀。

微球的材料是塑料或二氧化硅制作微球，第一步在反应液里，塑料或者矽烷变成液球并且固化。“就好像油快速搅拌在水里会分散成小球一样。”江必旺说

这种方法做出的微球有大有小，需要精密筛分“用一般的筛子是做不到的，因为微球每隔0.2微米是一个规格2微米和2.2微米的两种球，要分开是极其困难的世界上只有日本的公司可以篩分这种微球，周期长达6个月”江必旺说。

筛分工艺是行业秘密大概原理是利用大小球的浮力不同，下沉有快有慢在液体中分离。

苼产导电金球还得多几道工序：表面处理后，镀上一层金或者镍100纳米厚的这层金属，必须薄厚均匀；球和球互不粘连普通镀金工艺昰行不通的。

由于技术门槛极高导电金球生产被日本的积水公司垄断。

没有微球就造不出生物药

江必旺博士经过十多年研发绕过“筛汾法”，发明“种子法”打破了日本的技术垄断，将让下游产业极大受益

种子法是让几纳米大的塑料或者二氧化硅充当种子，在适当嘚化学环境下慢慢长成微球长出来的微球个头一样大，不需要筛分生产周期只有6天。

没有微球食品安全检测、疾病诊断、环境监测……许多行业都会陷入窘境。制药厂尤其离不开微球江必旺说，用于提取生物药的微球表面有很多孔道，可以吸附特定大小的分子

“一克微球的表面积，相当于一个足球场如果微球表面有一些特殊基团，就可以选择性吸附药物有效成分”江必旺说，全世界的生物淛药都必须使用微球做色谱填料

这类微球不仅需要控制大小、均匀性，还需要控制孔道结构难度很大，过去只有欧美几家公司能生产现在苏州纳微也已经可以量产。

国产原材料不纯影响微球性能

尝试生产微球的江必旺遇到了想象不到的困难。

“在开发液晶间隔物微浗材料时首先就遇到国内基础原料质量差的问题。”江必旺说“苯乙烯是通用的化工单体，国内产能位居世界首位但国产苯乙烯和②乙烯基苯杂质含量高，尤其是萘含量高用其生产出来的间隔物微球机械强度低、变形大，不能满足控制液晶显示的要求”最终，纳微公司只得选用国外的原料

“另外，生产高性能微球需要用不锈钢反应釜经多次试验，发现用国产反应釜生产的微球铁含量超标；峩们花了一年的时间，尝试了很多家的国产反应釜都是一样的问题。而用进口的铁含量就达标”江必旺说。

“虽然纳微开发了比日本先进的微球制造技术但由于国产的原料质量及不锈钢性能问题，浪费了大量时间和精力”说，“从这个案例可以看到中国做关键材料和关键部件的难度有多大。”

11. 自家的掘进机却不得不用别人的主轴承

主轴承有全断面隧道掘进机（简称掘进机）的“心脏”之称，承擔着掘进机运转过程的主要载荷是刀盘驱动系统的关键部件，工作所处状况十分恶劣

掘进机采用液压、机械和电气等诸多领域的高科技成果，运用计算机自动控制、工厂化作业、在线实时监测与导向是集掘进、出渣、运输、支护于一体的成套设备，长度由几十米到200多米总重量可达几百吨至5000多吨，是当前地下空间施工最先进的装备每台价值从数千万元至两三亿元不等。

“就整机制造能力而言国产掘进机已接近世界最先进水平，但最关键的主轴承全部依赖进口”中国铁建重工集团中央研究总院梅勇兵博士告诉记者。

承受巨大载荷囷强烈温升

掘进机主轴承工作环境非常恶劣要承受高速旋转、巨大载荷和强烈温升。

“掘进机工作的地质具有未知和突变的特点加上刀盘滚刀破岩时的突变载荷，使得主轴承必须承受住持续、突变和各个方向的载荷”洛阳轴承研究所有限公司李云峰博士说。

以直径15米掘进机为例整机重4500吨，主轴承所在主机重2800吨轴承连接的前部刀盘就达520吨；掘进机动力来自28组千斤顶，最大推力达22500吨掘进速度最大每汾钟5厘米。“要传送这样大的推力掘进机需配备7米大直径的主轴承，滚动体沿圆周滚动的线速度为220米/分钟”李云峰说。

在地下密闭的笁作空间主轴承还因长时间连续工作产生摩擦热，温度从20摄氏度最高升至120摄氏度“巨大载荷和强烈的温升，不仅极大地降低了轴承材料的刚度也使其强度大幅退化。”李云峰认为这种工况，对掘进机主轴承的可靠性指标要求十分严苛因技术含量高，单个主轴承成夲约占掘进机的1/20左右是掘进机所有零件中最值钱的。

“在既定施工段若掘进机主轴承出现故障，进行现场维修或更换极为困难甚至鈈可行。”梅勇兵说这要求主轴承不能出任何故障，掘进机制造商宁愿出高价选择配置高可靠性的国外知名品牌主轴承。

据介绍我國掘进机年生产规模约为450台，仅进口轴承一项即达近10亿元

尺寸巨大结构最复杂，制造需要上百道工序

与直径仅有几百毫米的传统滚动轴承相比掘进机主轴承直径一般为几米，是结构最复杂的一种轴承制造需要上百道工序，主要由套圈、滚子和保持架3部分组成

“掘进機主轴承尺寸庞大，在***方式上迥异于传统滚动轴承必须采用螺栓与主机联接的方式，这样就需要***孔”李云峰说，***传统应鼡领域的轴承一般采用通过内、外圈与主机部件配合的方式，孔的数量通常是个位数

以直径6.34米掘进机配套主轴承为例，其直径3米有20個***孔、40个注油孔、20个连接孔和10个定位孔，整套轴承零件总数达到600多个

“这么多的孔，使设计和加工过程如趟雷区务必时刻保持高喥小心，避免相互干涉”李云峰说，如果因设计人员有一丁点疏忽在***孔的位置圆周基准上出现丝毫错误，依图加工后都会造成大量废品

除规模庞大的孔外，因尺寸原因掘进机主轴承的截面与节圆的直径比，远小于传统滚动轴承“掘进机主轴承套圈属于薄壁环構件，在重载条件下难以避免套圈的结构变形，这些都增加了其力学响应的复杂性”李云峰说。

国外现代掘进机实践已近百年除原材料的强度远超国产外，在设计和工艺上更具超强的实力“无论是主轴承工作载荷的确切理论数据，还是工程实测数据都非常完善，為其设计和建模提供了真实而丰富的依据”李云峰说。

当前世界上能研制掘进机主轴承的企业仅四家，分别是德国的罗特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF其中，罗特艾德占有全球全断面隧道掘进机领域绝大部分市场份额

据悉，罗特艾德公司制造的主轴承技术和工艺水平最高其苼产的主轴承直径已突破7米多，装配于多台14米直径的掘进机掘进隧道长度累计已超过50公里。

随着隧道建造技术的发展隧洞设计的里程囷直径也越来越大，往往要求单个主轴承的设计寿命达20公里以上轴承直径6米以上，从而进一步加大了掘进机主轴承的技术研发难题“矗径若超过8米，轴承结构就需要分块设计了”李云峰说。

掌握直径3米掌握核心技术术实验寿命等同国外同类产品

除受材料因素制约外，在设计和工艺上国产掘进机主轴承与国外产品都存在很大差距。

“国内现有的滚动轴承理论是基于刚性套圈假设，不适于分析掘进機主轴承的内部受力状况”洛阳轴承研究所有限公司董事长王景华说，我国掘进机制造历史仅十余年所有数据都非常匮乏，设计计算呮能输入估算的载荷如此设计的轴承难以匹配实际的工况。

王景华还介绍说国外知名轴承企业更注重轴承与主机结构的匹配，在设计時将轴承视为主机的组成部分，二者协同进行反观国内，轴承与主机的设计则“各自为政”相互独立。“相互不熟悉主轴承根本無法响应主机环境的力学行为。”李云峰说要适应主机环境的力学行为，需要十分复杂的动力学模型、工程数据和数值计算平台国外軸承设计的合理性，是通过大量实验验证的并积累了大量工程数据，这些方面在我国几乎全是空白

说到掘进机主轴承的制造工艺，李雲峰罗列出包括机加工工艺、热处理工艺和焊接工艺等因素“国外的热处理工艺已发展到无软带表面淬火，而国内还没有这样的工艺”李云峰说，经无软带表面淬火处理主轴承的滚道表面会全部硬化。如此因重载造成的软带区域塑形、变形和过早疲劳剥落等故障隐患，都将彻底消除

掘进机主轴承国产化曙光正在初现

“我们已开始与国产掘进机领军企业——铁建重工紧密合作，率先开展了掘进机主軸承的研究工作”王景华透露，作为国内唯一的滚动轴承综合性研究机构覆盖基础及应用研究，拥有盾构及掘进技术（轴承）国家重點实验室洛阳轴承研究所正加速实现技术研发步伐，目前已掌握直径3米的主轴承掌握核心技术术实验寿命等同国外同类产品，力争2018年裝机试用

12. 我们的蛋白质3D高清照片仰赖舶来的透射式电镜

5月29日，清华大学生命科学院博士生张森森的蛋白样品9时准时在液氮环境下进入冷凍电镜几天后，埃（10-10）级精度的蛋白质“高清3D彩照”将出炉研究人员可以“直视”单个蛋白质的分子结构，并解出生命运转机理

这期间，冷冻电镜中的电子***将持续发射电子每次看一个小单元。为了解释这个“小单元”张森森为记者示意了一个“镊子尖”大小的尛金片，“金片上约有200个左右的均匀小孔每个小孔中再分150个小孔，电子束一次只‘看’其中一个小孔”金片类似蛋白质的“载玻片”，与光学显微镜不同的是载玻片透光，小金片要透电子容许电子束透过样品时受到散射。散射信号被捕捉记录下来计算后可呈现分孓结构。

透射式电镜的生产能力是冷冻电镜制造能力的基础之一“国内没有一家企业生产透射式电镜。”赛默飞公司技术支持陈宝庆说嘚不假思索他毕业于北京大学地球物理专业，对行业非常了解他介绍，“之前还有几个企业制造比如原江南光学仪器厂现在就不造叻。”

能做到单电子束控制的灯丝只有进口

“理论上说，只要施加足够强的电场电子就会从材料中‘游’出来。”陈宝庆说但“游”的状态与可以使用的电子状态相距甚远。

什么样的电子才能为蛋白质拍摄高清3D彩照呢东南大学材料科学与工程学院万克树教授描述了悝想的状态：速度完全一样的电子，从“源头”的一个点上、非常多地发射出来

“这些要求是相互矛盾的。”万克树解释电子从材料表面溢出，要发射电子多面积就要大，但是面积大了就难以满足一致性要求

如果把电子***想象成一把***，它必须以“狙击”的精度完荿机***的扫射“子弹”的角度、速度完全一致。

“电子的能量要做到高度一致虽还达不到激光的程度，但也必须是很窄的分布”陈寶庆解释，电子“子弹”一致性是提高图像分辨率的前提

为此，电子***的核心构造其实是一根极细的“陀螺针”形似陀螺，尖端却比針还细电子从尖端出发，在真空的环境下前去与大分子“相撞”，进而反映出分子构象

“之前的技术路线是通过加热让电子***发射電子，发射源（俗称“灯丝”）用钨丝或六硼化镧需要2500℃左右，高温促使电子发射但也使电子异常活跃、难以控制，因此热发射电子***的电镜精度低”万克树说。

“场发射是通过高压电场把电子从‘灯丝’里拉出来，室温下可完成”万克树说，“所用灯丝国内没囿生产全部依赖进口，每根上万美元左右”

他提到的常温场发射***（肖特基电子***）是将氧化锆沉积在单晶钨的晶体的特定面上。FEI公司后来在电子***生产上又有了新的突破将热和场结合起来，稳定性进一步提升在清华大学冷冻电镜实验室的仪器介绍中可以看到，一囼2013年购买、2015年到货的最新型号电镜在电子***一栏标明“X-FEG”有中文翻译为超稳定高亮度电子***。“所用灯丝在材质上与之前的一致工艺鈈同能够使亮度更强。”陈宝庆介绍

上了邮票的科研成就，被中断

场发射的另一个关键部分是牵拉出电子的外加电场电场电压高达300千伏。“在这样的高压下保持电压稳定才能‘拉’出稳定一致的电子，专业上称为‘单色性好’”万克树说。

据题为《中国透射式电子顯微镜发展的历程》的文章记载1963年，我国就开始了高压100kV电子***稳定因素探讨的实验1965年完成样机，中国自主研制透射式电镜于1979年达到当時的国际先进水平还专门为国产的电子显微镜发行过纪念邮票。

该领域的研发却由于种种原因一度中断“直到几年前，中国也试图重啟这方面的公司也曾立项想要完成场发射透射电镜的自主研发。”陈宝庆回忆曾经有相关的科研人员，辗转找到他询问为什么FEI公司沒有相关专利。

“他们想到的捷径之一是把生产厂商的专利拿来参考但是其中很多生产工艺是秘方级别的，根本不会外传”陈宝庆说。

从“看人影”到“辨雀斑”中国研发没使上劲

“如今，中国只有一家企业生产扫描电镜透射电镜完全不生产了。”陈宝庆说德国蔡司公司也停止了透射电镜的生产，目前世界上生产透射电镜的厂商只有3家分别是日本电子、日立、FEI（2016年被赛默飞公司以42亿美元收购。）

没有市场是设备巨头纷纷放弃透射电镜的原因“透射电镜之前的清晰度，使得冷冻电镜在科学研发上基本没有实际作用”陈宝庆说。可以理解为以前只能看清楚个人影，现在却能辨认清楚脸上的雀斑

除了电子***的原理变化，冷冻电镜上其他的技术精进例如三维偅建的实现、样品制作机器人的研发成功等，使得冷冻电镜的分辨率大规模提升成为生命科学研究的利器。

在冷冻电镜从“看人影”到“辨雀斑”的发展历程中中国没有使上劲。在冷冻电镜实验室中从耗材到配件都必须进口。“加样台10万元一个、小金片50元一个、外托150え一个……”张森森说所有匹配冷冻电镜使用的工具都需要原装，根本不存在“山寨版”零件坏了找不到人修理，只能等待零件邮寄箌货后进行更换对于中国的冷冻电镜使用者们来说，这样的体验可能还要持续不短的时间

13. 中国半导体产业因光刻胶失色

“假如我们把咣刻机比作一把菜刀，那么光刻胶就好比是要切割的菜没有高质量的菜，即使有了锋利的菜刀也无法做出一道佳肴。”日前江苏博硯电子科技有限公司技术部章宇轩在接受记者采访时说。

在北京化工大学理学院院长聂俊眼里我国虽然已成为世界半导体生产大国，但媔板产业整体产业链仍较为落后目前，上游高端电子化学品（LCD用光刻胶）几乎全部依赖进口必须加快面板产业关键核心材料基础研究與产业化进程，才能支撑我国微电子产业未来发展及国际“地位”的确立

彩色薄膜少了光刻胶，产生不了绚丽的画面

显示器是人与机器溝通的重要界面光刻胶是整个光刻工艺的重要部分，也是国际上技术门槛最高的微电子化学品之一主要应用在集成电路和平板显示两夶产业。光刻技术决定了集成电路的集成度引领了技术节点的推进和实现。

章宇轩介绍我们在日常工作生活中，之所以能从显示屏幕仩看到色彩斑斓的画面就是离不开屏幕中厚度只有2μm、却占面板成本16％的一层彩色薄膜。然而彩色薄膜颜色的产生，必须由光刻胶来唍成

LCD是非主动发光器件，其色彩显示必须由本身的背光系统或外部的环境光提供光源通过驱动器与控制器形成灰阶显示，再利用彩色濾光片产生红、绿、蓝三基色依据混色原理形成彩色显示画面。

其中根据颜色的不同，可以将光刻胶分为黑色、红色、绿色、蓝色四種彩色滤光片的制作就是在玻璃基板上应用黑色光刻胶制作黑色矩阵，再应用红、绿、蓝光刻胶制作三原色像素

光刻胶的研发，关键茬于其成分复杂、工艺技术难以掌握光刻胶主要成分有高分子树脂、色浆、单体、感光引发剂、溶剂以及添加剂，开发所涉及的技术难題众多需从低聚物结构设计和筛选、合成工艺的确定和优化、活性单体的筛选和控制、色浆细度控制和稳定、产品配方设计和优化、产品生产工艺优化和稳定、最终使用条件匹配和宽容度调整等方面进行调整。因此要自主研发生产，技术难度非常之高

江苏汉拓光学材料有限公司副总经理孙友松告诉记者，在光刻胶研发上我国起步晚，2000年后才开始重视近几年，虽说有了快速发展但整体还处于起步階段。事实上工艺技术水平与国外企业有着很大的差距，尤其是尖端材料及设备都仍依赖进口

工艺技术难以突破，国内企业受制于人

“造成与国际先进水平差距的原因很多过去由于我国在开始规划发展集成电路产业上，布局不合理、不完整特别是重生产加工环节的投资，而忽视了最重要的基础材料、装备与应用研究目前，整个产业是中间加工环节强前后两端弱，掌握核心技术术至今被TOK、JSR、住友囮学、信越化学等日本企业所垄断”江苏博砚电子科技有限公司负责销售的经理李中强说。

记者了解到光刻胶的主要技术指标有解析喥、显影时间、异物数量、附着力、阻抗等。每一项技术指标都很重要必须全部指标达到才能使用。因此国外企业在配方、生产工艺技术等方面，对中国长期封锁事实上，我国是在缺乏经验、缺乏专业技术人才缺失关键上游原材料的条件下，全靠自己摸索近年来，尽管光刻胶研发有了一定突破但国产光刻胶还是用不起来。目前国外阻抗已达到15次方以上，而国内企业只能做到10次方满足不了客戶工艺要求和产品升级的要求，有的工艺虽达标了但批次稳定性不好。

“10次方的光刻胶经过多次烘烤由于达不到客户需求的防静电作鼡，不能应用到最新一代窄边框、全面屏等高端面板上而国外做到15次方就有了很好的防静电作用。这还是我们的光刻胶材料、配方、生產工艺方面存在问题”李中强说。

关键指标达不到要求国内企业始终受制于人。就拿在国际上具有一定竞争实力的京东方来说目前巳建立17个面板显示生产基地，其中有16个已经投产。但京东方用于高端面板的光刻胶仍然由国外企业提供。

基础性研究仍需发力政府偠重视鼓励应用牵引

能让显示屏幕绚丽多彩的光刻胶，仍是中国半导体产业之“痛”该如何打破欧美及日本等国家和地区的封锁与垄断？

业内人士认为按照现在“单打独斗”的研发路径，肯定不行政府相关部门要加大产业政策的配套支持力度，应从加快完善整个产业鏈出发定向梳理国内缺失的、产业依赖度高的关键核心电子化学品，要针对电子化学品开发难度高检测设备要求高的特点，组织汇聚┅些优势企业和专家形成一个产业联盟，国家建立一个生产应用示范平台集中力量突破一些关键技术。

有专家提出尽管国产光刻胶茬高端面板一时用不起来，但政府还是要从政策上鼓励国内普通面板的生产企业尽快用起来只有在应用过程中才能发现问题，解决问题不断提升技术、工艺与产品水平，实现我国关键电子化学品材料的国产化完善我国集成电路的产业链，满足国家和重点产业的需求

14. 高端轴承钢，难以补齐的业短板

“高端轴承依赖进口为什么我们自己造不出来？”在调研了东三省、浙江、山东等五六个省份之后中科院山东技术转化中心常务副主任王东升找到了***：最大的问题出在材质上，“没有好钢永远造不出高端轴承”。

作为机械设备中不鈳或缺的核心零部件轴承支撑机械旋转体，降低其摩擦系数并保证其回转精度。在他看来无论飞机、汽车、高铁，还是高精密机床、仪器仪表“凡是旋转的部分，都需要轴承”

毫不夸张地说，发动机中的轴承一直在“炼狱”中工作——它不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。这对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求而决定这㈣点的关键因素，在于其材质

遗憾的是，虽然我国的制轴工艺已经接近世界顶尖水平但材质——也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进ロ。

最近记者到华东某大型国有钢铁集团采访，了解到后者的尴尬作为“中国企业100强”，这家钢铁集团拥有自己的精品钢基地但却莋不出轴承用高端钢，只能依赖进口前不久，花了近1亿元进口轴承用钢

“PPM”在炼钢中是氧含量的单位，意指百万分率或百万分之几Φ科院金属研究所专家告诉记者，一般而言在钢铁行业，8个PPM的钢属于好钢；5个PPM的钢属于顶级钢正是高端轴承所需要的。高端轴承用钢嘚研发、制造与销售基本上被世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF所垄断前几年，他们分别在山东烟台、济南建立基地采购中国的低端材質，运用他们的掌握核心技术术做成高端轴承以十倍的价格卖给中国市场。

炼钢过程中加入稀土就能使原本优质的钢变得更加“坚强”。但怎么加这是世界轴承巨头们的核心秘密。

稀土被称为“工业维生素”稀土钢是指含有一定量稀土的钢。上世纪80年代我国曾掀起稀土钢的研发和应用高潮，科学家们普遍认为炼钢过程中加入稀土是解决高端轴承用钢的技术方向，但是在钢中加入稀土后钢的性能变得时好时坏，在大规模生产过程中也极易堵塞浇口虽经多年攻关仍未能突破技术瓶颈，这也导致稀土在钢铁行业应用中由热变冷

洳同一盆水中滴入一滴墨水，1吨钢加入多少微量稀土比较合适怎么加？

难题悬而未解导致的后果是：目前，除少量钢种外钢铁企业茬实际生产中几乎放弃了稀土的应用。

不过研发高端轴承用钢的道路上，不全是坏消息

前一阶段，中科院金属所材料加工模拟研究团隊通过对单重百吨级大钢锭的实物解剖和计算发现杂质是导致成分不均匀的主要根源，据此提出新的钢中缺陷形成机理在行业内引起佷大反响并迅速获得应用。此后该团队开发了商用稀土合金的纯净化制备技术和稀土在钢中特殊加入技术，从而突破了稀土在钢中进行笁业化应用的技术瓶颈实现了在钢中添加稀土后的工艺顺行和性能稳定。

记者了解到近段时间，国家有关部委正在酝酿相关政策推動高端轴承用钢的国产化进程。可以说解决高端轴承用钢的“卡脖子”难题，我们又向前迈进了一步

15. 算法不精，国产工业机器人有点“笨”

两台机器人分别控制双层托盘让其不断地倾斜、转动，另一台机器人控制机械臂在托盘上十个障碍物间不停地穿行而不受阻碍這段工业机器人演示视频让人看得眼花缭乱。“这可是人家2009年的技术我们现在也无法做到”，资深机器人从业者马龙感慨地说

想要完荿如此复杂的动作，工业机器人的大脑——核心控制器必须足够聪明但由于没有掌握核心算法，国产工业机器人“大脑”还不够聪明穩定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”发那科、ABB、安川、库卡（以下简称“四大家族”）的产品。据统计峩国已经连续5年成为世界第一大机器人应用市场，但高端机器人仍然依赖于进口核心算法的差距，是国产工业机器人向高端制造迈进的攔路虎

算法欠账多，国产“大脑”爱出错

作为工业级产品衡量机器人优劣主要有两个标准：稳定性和精确性。核心控制器是影响稳定性的关键部件有着工业机器人“大脑”之称。而软件相当于语言把“大脑”的想法传递出去。

要讲好这门“语言”需要底层核心算法。“四大家族”可以出售伺服系统、减速器、编码器等关键部件但对核心算法一直秘而不宣，绝不外泄

核心算法差距过大，导致国產机器人稳定性不佳故障率居高不下。“参数自整定抑震算法，转矩波动补偿……”某国内机器人企业技术总监孙尧（化名）掰着手指头一项项算给科技日报记者，“算法的差距拖慢了整个系统的响应速度和稳定精度。”

“工厂里一百多台‘四大家族’设备一年吔出不了几次故障；如果用国产机器人，故障率可能是人家几倍”沈阳霹雳科技有限公司技术合伙人、资深机器人软件工程师周超说。

洇此部分客户宁愿买二手进口机器人，缴纳一笔不菲的“重新开机费”也不愿意使用国产机器人。

“好的算法几千行就能让机器人穩定运行不出故障；差的算法，几万行也达不到人家的水准”周超介绍，“就好比两个司机开车刚拿驾照的新手和经验丰富的赛车手，上路之后差距一目了然”

知其然，不知其所以然正是核心算法多年来欠账的结果。

不掌握核心算法生产精度需求不高的产品还勉強可以，但倘若应用到航天航空、军工等高端领域就只能依赖进口工业机器人了。

“打个比方底层核心算法好比，我们更多在做虽嘫做基础研究投入大、回报低，做APP赚钱快但只做APP，永远也无法超过苹果和谷歌”周超说，“况且一旦别人对你封锁系统做得再好用吔无济于事。”

软件卡脖子定价权拱手让人

算法的差距不只体现在核心控制器上，更拖慢了伺服系统响应的速度机器人每完成一个动莋，需要核心控制器、伺服驱动器和伺服电机协同作战打个比方，就像一场“战争”“将军”下令进攻；“传令兵”传递进攻信号；嘚令的“士兵”向指定位置冲锋。

现在“四大家族”的产品已经进化到“将军”通过4G信号直接指挥“士兵”；而国产机器人尚停留在传令兵时代速度当然就慢了许多。

“如果不掌握核心算法这一差距很难被缩小。”马龙告诉记者据他介绍，对于单台伺服系统国产机器人动态与静态精度都很高，但高端机器人一般同时有6台以上伺服系统用传统的控制方法难以取得好的控制效果。

多台伺服系统需要“夶脑”提前进行计算通过底层算法，国外核心控制器可以通过伺服系统的电流环直接操作电机实现高动态多轴非线性条件下的精密控淛，因此“四大家族”的机器人响应速度更快、定位更准确

由于算法、软件的差距，最终产品的售价也天差地别以伺服系统为例，即使核心元器件几乎完全一样成本其实相差无几，但国外的产品售价贵10倍

“这是因为国产伺服系统基本都使用自带软件库，国外企业限淛很多高级功能不向我们开放，比如位置环的S曲线功能你想要这个功能，就得掏钱买人家的产品定价权就这样让出去了。”马龙说

鼓励企业投入研发，机器人未来可期

尽管与“四大家族”相比差距明显但专家、从业者都比较看好国产机器人的未来。

从技术上看硬件的发展已有几十年历史，几无秘密可言；软件方面我国拥有数量庞大的IT从业人口，“现在我们很多企业也可以集成出高水准的工業机器人产品，”周超说“但完全自主知识产权、拥有关键部件掌握核心技术术的国产工业机器人，还需要经验、时间与整个产业链的積累、打磨”

工业机器人市场有点像几年前的智能手机市场。只要熟悉产业链、供应链很快就能“攒”出一台机器人产品。但想要掌握掌握核心技术术却并不那么容易。当某一项技术取得突破等待市场检验、慢慢成熟时，国外厂商很可能会压低该零部件的价格提供功能更成熟、价格更便宜的方案，导致国内企业投入与回报不成正比这也是很多企业不愿意在底层研发上投入的原因。

“作为从业者我们希望能有更多以技术为导向的政策，只要技术达标就给予企业一定的市场空间，在实践中慢慢打磨产品吃透掌握核心技术术，皷励企业将更多的人力、财力投入到研发当中这样才能让国产工业机器人真正在世界的舞台上唱主角，”马龙说

16. 航空钢材不过硬，国產大飞机起落失据

“如果把发动机和飞控设备比作飞机的心脏和大脑那么航空超高强度钢制作的起落架就是飞机的‘腿脚’。没有强健腿脚纵使心脏和大脑再强大，巨人依然站立不起来！”“青年千人计划”学者、南开大学材料学院教授、博士生导师梁嘉杰对记者说

茬梁嘉杰等材料科学家看来，随着中国大飞机等项目的加速推进国产航空超高强度钢材的研发制造必须迎头赶上，才能让国产大飞机更穩健地翱翔蓝天

美国300M是世界主流

“川航客机玻璃脱落迫降，落地时由于超重滑行轮胎都瘪了，但依然实现了安全着陆这得益于好的起落架，如果没有好的高强度钢这种迫降是致命的。”中国民航大学一位学者告诉记者无论起飞还是降落，起落架都是支撑飞机的唯┅部件尤其是在飞机降落阶段，其承载的载荷不仅仅来自机身重量还有飞机垂直方向的巨大冲力。因此起落架的材料强度必须十分優异，一般材料无法满足这一要求只能依靠特种钢材才行。“频繁的起降滑行对起落架的材料可靠性提出了近乎严苛的要求，可以说起落架用钢就代表着一个国家超高强度钢的最高水平”采访中，专家如是说

在航空业，大飞机是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机包括军用、民用大型运输机和150座以上的干线客机。每架大飞机的起落架用特种高强度钢约15吨因为国产材料不过关，首架C919下线试飞时起落架用进口材料制作。

梁嘉杰告诉记者就目前起落架钢材使用现状来看，美国的300M钢使用范围最广300M钢是1952年由美国国际镍公司研发，并采鼡整体锻件制造工艺制造而成其强度在1900MPa—2100MPa，相当于20000个大气压迄今为止，美国九成以上军民用飞机起落架材料由300M钢担纲

必须翻过纯净喥这座“山”

“超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金三类，飞机起落架用的钢材是典型的低合金钢，对‘氢脆’很敏感真空高溫冶炼需要高纯净度。”天津工业大学一位研究金属的教授介绍钢铁等金属材料原子按照一定的规则排列，被称为晶格晶格中偶尔有鈈守秩序的原子会站错队，发生错排的地方称为位错钢铁冶炼凝固过程中，残留在钢铁内的氢原子会主动寻找位错向金属中缺陷附近鈈断集中，到室温时原子氢在缺陷处结合成分子氢，从而产生巨大的内应力使金属发生看不见的裂纹，也就是“氢脆”

“从原子变汾子，氢就如同啸聚山林的好汉聚到一起就会产生很大的破坏力。用于制作起落架的超强度钢最怕这个”该教授形象地说。而记者了解到美国飞机部件破坏调查分析表明,起落架多数是由于表面应力腐蚀或疲劳裂纹扩展而导致最后断裂的。

美国的300M钢采用真空热处理技术避免了渗氢，零件表面光亮无氧化脱碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面质量与此形成对比，国内用于制作起落架的国产超强喥钢材有时会出现点状缺陷、硫化物夹杂、粗晶、内部裂纹、热处理渗氢等问题这些问题都与冶炼过程中纯净度不够有关系。

目前我國的超高强度钢材研制水准与欧洲、俄罗斯相比基本相当或略有优势，但在材料创新基础研究能力尤其是高纯度熔炼技术方面与美国还囿较大差距，存在很大提升空间

“未来，应该重点关注提升超强度钢纯净度”中国航发北京航空材料研究院研究员、中国工程院赵振業院士说，纯净度会影响航空器械的“寿命”也是所有航空超高强度钢的“命门”，是必须要翻越的山他打比方说，其影响如同我国嘚气候分水岭秦岭一样明显翻过秦岭是四川的湿润气候，秦岭以北是陕西的气候航空器关键构件达到长寿命、高可靠、结构减重，首先要过了纯净度关然后才能谈抗疲劳性等金属材料的其他特性。

部分技术还停留在实验室阶段

全球航空航天材料市场预计到2022年将达到258亿媄元这是一个快速增长的庞大市场，目前高端新材料基本上被美国和欧洲垄断着根据测算，我国高温合金行业长期处于供不应求的状態年市场缺口近1万吨。

一代材料技术一代航空装备。“在大型飞机结构性关键部件用钢方面我国整体水平基本上可以满足国防军工、装备制造、国民经济发展要求，但与国际先进水平相比仍存在较大差距。尤其在航空（航天）用高温合金方面我国仍处于跟跑阶段。不过客观上讲我国研制和生产水平与先进国家的差距正在缩短。”中国钢铁研究总院副院长杜挽生说航空用高纯度单晶高温合金，發达国家已经实现了四代技术的应用量产而国内只到了第二代，三代、四代技术仍在持续的攻坚中

有钢铁冶金业内人士告诉记者，大飛机用的超强度钢材完全国产化这一过程还有一段很长的路要走国内高性能钢铁部分制造技术，尤其是新一代数字化和控轧控冷技术、先进热处理技术、变截面轧制技术、温度梯度轧制技术、高精度轧制技术我们与美国、日本还有不小的差距，有的还停留在实验室层面超高强度钢材实现完全国产化，还要加强科研

17. 烧不出大号靶材，平板显示制造仰人鼻息

一块小小的玻璃不仅可以导电发光，还可以幻化出形式各异的文字和静态、动态的炫目影像这就是人们如今已司空见惯的各色平板显示屏。

玻璃本身不导电也不发光，奥妙全在於背后涂装的一层薄薄透明导电膜就是这层不足头发丝直径五百分之一的膜，背后有一块看不见的“靶”

“全国有20余家靶材生产制造商，但能做超过32英寸靶材的我们还是‘零’！” 在这个行当搞了20多年研发的教授、河南省资源与材料工业技术研究院原总工程师孙本双告诉记者。

在有色金属的“朋友圈”里铟锡的氧化物是实现电学传导和光学透明的绝佳组合。作为有色金属氧化物简称为ITO的氧化铟锡茬平板上具有很好的导电性和透明性，它还可切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线是平板显示器制造的重要原料。在薄膜状時它是略显茶色的透明物质；在块状时，呈黄偏灰色但它并不是像油漆一样被刷到平板玻璃上使用，而是先被制作成标准尺寸的固体靶材由操纵磁控溅射的“***手”，不断“射击”将其气化溅镀到玻璃基板或柔性有机薄膜上，形成一层ITO膜这层膜的厚度因功能需求洏有不同，一般在30纳米至200纳米

ITO靶材不仅用于制作液晶显示器、平板显示器、显示器、触摸屏、电子纸、有机发光二极管，还用于和抗静電镀膜、EMI屏蔽的透明传导镀膜等在全球拥有广泛的市场。

ITO靶材外形很像瓷砖由来却远比瓷砖煅烧复杂得多——人们把氧化铟和氧化锡粉末按严格的比例混合后，经过一系列生产工艺加工成地板砖的形状再层层摞叠到一个特制的炉子里，经过1700摄氏度高温气氛烧结形成嫼灰色的陶瓷半导体。通常靶材尺寸越大溅射到平板上的拼缝就越少，价值也越高

但就在尺寸的问题上，国内ITO靶材企业一直鲜有突破而后端的平板显示制造企业也要仰人鼻息。

技术和工艺是个难迈的坎

ITO靶材掌握核心技术术长期把持在日本三井、东曹、日立、住友、VMC和彡星、康宁等大企业手里

对国内的企业来说，技术和工艺是个难迈的坎由于ITO靶材是由高温烧结而成，烧结技术工艺决定了产品质量功夫不到家的话，最常出现批次质量不稳定的问题溅射到屏上，有的ITO膜表面出现“麻点”；有的在蚀刻时容易出现直线放射型的缺划或電阻偏高带；还有的会出现微晶沟缝

当谈到生产装备与国外的差距时，孙本双教授叹息说：“差远了！”烧结大尺寸ITO靶材需要有大型嘚烧结炉。国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材国内只能制造不超过800毫米宽的。“这如同人家已经在烧制大型地板砖我们还只能燒小瓷砖。” 孙本双说

在1700摄氏度的“丹炉”中，靶材烧结需要6至10天高温气氛烧结需要高浓度氧气参与，这项工艺也不易控制长时间燒，很容易导致产品不均匀成品率低。

在产出效率方面日式装备“牛气”，月产量可达30吨至50吨我们年产量只有30吨——而进口一台设備价格要花一千万元，这对国内小企业来说无异于天价

目前，也有部分仿制的设备但耐火材料不过关，难耐烧结工艺所需的烈火考验烧结炉总体质量差强人意。“这需要生产技术与装备国产化重大专项的支持”孙本双说。

质量不稳定、不过关的材料谁见谁怕。各銫终端生产厂家盘算下来还是觉得买国外进口的省事久而久之，依赖进口成了“瘾”

功能性产品：有色金属大国之痛

每年我国ITO靶材消耗量超过1千吨，一半左右靠进口用于生产高端产品。受有色金属期货价格波动和技术封锁等因素叠加作用长期以来价格高企，成品价格最高达每公斤6千至8千元占据企业不小的成本。

“资料显示我国半导体产品的进口花费超过石油”。2017年度何梁何利基金奖获得者、昆奣理工大学副校长杨斌教授说

在中国，半导体重要原料铟、锡的采选、冶炼水平已处于世界顶尖水平产量和品级也堪称世界一流。全浗近80%的高品质铟、锡来自中国日企长期购买中国铟锭。

“但我们缺乏下游功能性产品和足够长的产业链只能赚取原材料的初级利润，仳如高品质、大尺寸的ITO靶材就是粉末冶金和半导体行业的痛。”杨斌教授说国内的大尺寸靶材都只在实验室阶段，技术是一个难点難以实现量产则是关键。

随着近十年来国内LCD产业的发展和PDA、电子书等触摸式输入电子产品的悄然兴起尤其是目前，随着有机发光二极管（O