高性能結(jié)構(gòu)材料發(fā)展趨勢

高性能結(jié)構(gòu)材料發(fā)展趨勢

技術(shù)預(yù)測與國家關(guān)鍵技術(shù)選擇》研究組

新材料領(lǐng)域組

金屬、陶瓷和高分子材料長期以來是三大工程材料。高性能結(jié)構(gòu)材料是一類具有高比強度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料，是在高新技術(shù)推動下發(fā)展起來的一類新材料，是國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。例如：發(fā)展現(xiàn)代航空航天技術(shù)，對動力機械而言，工作溫度愈高、比強度和比剛度愈高，效率亦愈高，先進(jìn)軍用發(fā)動機的發(fā)展趨勢要求渦輪前溫度和推重比不斷提高，正在向推重比15～20發(fā)展，高溫結(jié)構(gòu)材料技術(shù)是關(guān)鍵。有資料指出，飛機及發(fā)動機性能的改進(jìn)分別有2/3和1/2靠材料性能提高。對衛(wèi)星和飛船，減重1公斤能帶來極高的效益；汽車節(jié)油有37%靠材料輕量化，40%靠發(fā)動機改進(jìn)。絕熱發(fā)動機（不冷卻）主要靠材料性能提高。航空方面的先進(jìn)復(fù)合材料、單晶合金、渦輪盤合金，航天方面的含能材料、熱防護(hù)材料、彈頭材料等不僅要先行，而且還要起到先導(dǎo)的作用。如果沒有優(yōu)質(zhì)的單晶合金、渦輪前溫度無法提高，高推比航空發(fā)動機就難以實現(xiàn)。由此可見高性能結(jié)構(gòu)材料在航空航天技術(shù)中的基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性。因此，世界各先進(jìn)國家在制定國家關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展計劃時，高溫結(jié)構(gòu)材料與技術(shù)被列為高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的重點發(fā)展項目之一。發(fā)展新型高性能結(jié)構(gòu)材料將支撐交通運輸、能源動力、資源環(huán)境、電子信息、農(nóng)業(yè)和建筑、航天航空、國防軍工以及國家重大工程等領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展，對國家支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國家安全的保障起著關(guān)鍵性的作用，同時還將促進(jìn)包括新材料產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)的改造和產(chǎn)品的升級換代，提高國際競爭力，形成新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長點。

1、國外高性能結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展現(xiàn)狀

鋼鐵，20世紀(jì)下半葉以來，世界鋼鐵工業(yè)發(fā)生了巨大變化，先進(jìn)的產(chǎn)鋼國家利用科技進(jìn)步完成了從噸位擴張到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。據(jù)統(tǒng)計從20世紀(jì)50年代到90年代，國際上鋼鐵工業(yè)的重大革新技術(shù)共約50多項，其中氧氣轉(zhuǎn)爐、連續(xù)鑄造和薄板坯連鑄連軋是20世紀(jì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展歷程中最重大的技術(shù)變革，極大地推動了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。2000年鋼產(chǎn)量接近8億t，預(yù)計2010年達(dá)8.5～9億t。發(fā)達(dá)國家對鋼的需求仍有增長，但能力基本飽和。高性鋼鐵材料是重點的發(fā)展方向，為使鋼鐵材料達(dá)到高性能和長壽命的要求，在質(zhì)量上已向組織細(xì)化和精確控制、提高鋼材潔凈度和高均勻度方面發(fā)展。熔融還原和直接還原是煉鐵的新工藝，美、日、德等國已建成新的短流程煉鐵生產(chǎn)線。

高溫結(jié)構(gòu)材料，世界各先進(jìn)國家都將高溫結(jié)構(gòu)材料列為高性能結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的重點發(fā)展對象。在高溫合金方面，變形高溫合金可供選擇的有百種以上合金，用量較多的有Inconel718(GH4169)和Hastoloyx，占先進(jìn)發(fā)動機用高溫合金中的60%。以提高性能和降低性能/價格比為目標(biāo)，發(fā)展新型合金，如可提高冷卻效率的低膨脹高溫合金由In909發(fā)展為In783，其用于F119壓氣機、渦輪及推氣系統(tǒng)機匣，比In718密度低6%，膨脹系數(shù)低20%，700℃以下抗氧化。鑄造高溫合金，隨著定向凝固、單晶、超純?nèi)蹮捈夹g(shù)的發(fā)展，鑄造合金從定向正發(fā)展至單晶，單晶合金也已先后研制出一代、二代和三代產(chǎn)品，具有代表性的合金有PW1480、CMSX-4、CMSX-10，其140MPa、100h的使用溫度分別達(dá)1040℃、1070℃、1100～1125℃。三代單晶合金渦輪葉片在控制冷卻效果和隔熱涂層防護(hù)下，已經(jīng)滿足推重比10發(fā)動機F119-PW-100的渦輪前溫度1580℃、4000循環(huán)壽命的要求。目前需要發(fā)展低成本（少Re）三代單晶合金，發(fā)展多孔單晶發(fā)散葉片，這種超級冷卻可提高渦輪前溫度250℃，減少30%冷卻氣，壽命提高2～4倍。

粉末合金，用于高推重比發(fā)動機渦輪盤的粉末合金有一代In100、Rene’95、APK-1、ЗП74НП合金；用于推重比10發(fā)動機渦輪盤的二代粉末合金有Rene’88DT、N18、MERL-76、ЗП975合金，較成熟的Rene’88DT在750℃的σ0.2接近1000MPa，屬損傷容限型渦輪盤；第三代粉末盤發(fā)展雙組分（AF115+MER-76）、雙重?zé)崽幚斫M合盤。機械合金化合金，采用Y2O3（<2%）質(zhì)點強化鎳合金可使其在850～1200℃、1000h性能優(yōu)于PWA1480，用于F100發(fā)動機葉片，壽命提高2倍，推重比提高30～50%，渦輪前溫度可提高至1540～1650℃。已發(fā)展有MA754、MA956、MA6000E，正在發(fā)展的有取代MA6000E的MA760，取代MA956的MA957，前者兼具優(yōu)良的中溫（760℃）性能，后者在保持抗氧化基礎(chǔ)上提高強度。英國Inco公司已具年產(chǎn)500噸能力。

在高溫結(jié)構(gòu)金屬間化合物方面，美、俄等國經(jīng)20多年探索研究，相繼在Ni3Al和Ti3Al合金研制方面取得技術(shù)突破，并將進(jìn)入應(yīng)用階段；NiAl、TiAl合金研究正在突破關(guān)鍵技術(shù)。Ni3Al合金添加B和引入高溫相取得成功。其中有美國的DSNX188和K101B、俄羅斯的BKHA-4H。Ti3Al合金在熔煉、變形、熱處理技術(shù)突破后，研制出Ti-25Al-10Nb-1Mo合金。美國Timet公司建立生產(chǎn)3.2噸鑄錠，GE和PW公司制出渦輪支承環(huán)、燃燒室噴管密封片、壓氣機機匣等部件，NASP計劃用于蒙皮材料。NiAl合金密度低（6.95g/cm3）、熔點高（1640℃）導(dǎo)熱好，是發(fā)展1200℃或取代Rene’80的超高強鋁合金，新型耐熱、耐磨、高比強、高比模、高韌性鋁合金，以及纖維增強和顆粒增強鋁基復(fù)合材料等，是國防工業(yè)和交通運輸急需的新材料。輕質(zhì)高性能鎂材，因具有一系列優(yōu)良性能和資源優(yōu)勢而被稱為“21世紀(jì)新興綠色工程材料”，是當(dāng)前日、法、俄等先進(jìn)工業(yè)國家大力發(fā)展的關(guān)鍵輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，特別是鎂基壓鑄材料在汽車、移動通訊工具、便攜式計算機、手提箱等方面市場前景廣闊。

稀有金屬新材料是當(dāng)前先進(jìn)國家爭相發(fā)展的關(guān)鍵新材料。如σb≥1250MPa的高強高韌高損傷容限鈦合金，600℃以上的熱強鈦合金，新型阻燃、耐蝕鈦合金以及新型高性能鋯合金、難熔金屬合金、功能重材料鉭鎢合金、高精度鈹材等一直是各國國防新材料計劃的重要研究內(nèi)容。

先進(jìn)的陶瓷材料是近年來迅速發(fā)展的新材料之一，每年將以10%的速度增長，主要是功能陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料。先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷主要有莫來石、氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、碳化硅、硼化物和復(fù)相陶瓷，其研究的主要技術(shù)問題是增韌技術(shù)。

高分子材料，目前三大高分子合成材料（樹脂、纖維、橡膠）的世界年產(chǎn)量已高達(dá)1.8億t，80%以上是合成樹脂和塑料，發(fā)展十分迅速。新型高分子結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展重點是特種工程塑料、有機硅材料、有機氟材料，高性能纖維材料以及高性能合成橡膠和高性能樹脂。例如特種工程塑料，是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，其生產(chǎn)發(fā)展以日本最快，生產(chǎn)能力占世界60%以上。砜類聚合物的生產(chǎn)能力85%以上集中于美國Amoco公司，德國的BASF公司和日本住友化學(xué)工業(yè)公司分別有3000t/年和1000t/年。LCP國外約有15個生產(chǎn)廠家，65%集中于美國。英國ICI公司是世界上PEEK的唯一生產(chǎn)者。合成樹脂的產(chǎn)量及消費量年增長率高于GDP的年增長率，比值在1.4以上，說明合成樹脂仍然是一種迅速發(fā)展中的材料，其中聚烯烴約占45%。在高性能合成橡膠方面，乙丙橡膠的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入一個新階段，以活性陰離子聚合為代表的大分子工程設(shè)計技術(shù)，活性陽離子聚合技術(shù)以及彈性體改性和熱塑化等技術(shù)是技術(shù)開發(fā)的熱點。高分子材料的綠色工程技術(shù)受到普遍高度重視。

先進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一般指具有比強度大于4×106厘米和比模量大于

4×108厘米的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)使用，高聚合物（樹脂）基復(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料是先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)重點，美國最新研制的第四代軍用殲擊機上樹脂基復(fù)合材料已占整機重量的24%，國外新一代運載火箭、戰(zhàn)略導(dǎo)彈及其推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料幾乎全部復(fù)合材料化。C/C復(fù)合材料方面，普遍認(rèn)為C/C復(fù)合材料是推重比20～30發(fā)動機1930～2227℃熱端件的優(yōu)選材料，重量是高溫合金的1/4，比強度高5倍。德國用于渦輪外環(huán)；法國用作噴油桿、隔熱屏、魚鱗片；美國制成φ340mm整體盤，通過1760℃地面試車。GE公司JID用其制成驗證機葉盤整體部件，1649℃不冷卻試車成功。對宇航飛機、發(fā)動機減重、節(jié)油、增大推重比、增大飛行半徑與航程、提高戰(zhàn)技術(shù)比能均是無可替代的材料，發(fā)展方向是突破抗氧化涂層材料與工藝技術(shù)、高效低成本制備工藝，應(yīng)用是時間問題。C/C復(fù)合材料在軍、民用飛機、航天飛機、導(dǎo)彈、飛行器上作剎車盤、熱燒蝕、熱防護(hù)材料的生產(chǎn)與應(yīng)用呈發(fā)展態(tài)勢，已形成一批成熟的材料、工藝，正在向高效率、低成本和多功能方向發(fā)展。細(xì)編穿刺C/C復(fù)合材料比傳統(tǒng)材料剪切強度提高3倍，在導(dǎo)彈發(fā)動機上應(yīng)用。

2、國內(nèi)高性能結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展現(xiàn)狀及差距

在鋼鐵材料方面，我國仍然是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)和消費國家，預(yù)期到2005年，鋼鐵材料年產(chǎn)量可達(dá)到2.0億噸，為世界總產(chǎn)量（8億噸）的1/4；勞動生產(chǎn)率提高到發(fā)達(dá)國家人均年產(chǎn)鋼量的80～90%；綜合耗能指標(biāo)為每噸鋼耗煤約600公斤，接近世界先進(jìn)水平。鋼材數(shù)量不再是主要矛盾，但品種結(jié)構(gòu)不合理的矛盾卻十分突出，每年國家需要進(jìn)口數(shù)以千萬噸計的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需鋼材，如高速鐵道用鋼、汽車和家電用薄板等（2002年1～9月份，鋼材進(jìn)口1897萬t，同期出口僅393萬t）。與世界鋼鐵強國相比，我們的鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、市場競爭力弱，特別是一些對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起關(guān)鍵作用的高附加值鋼材主要還依賴進(jìn)口、對鋼鐵生產(chǎn)過程中采用的重大工藝設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)基本依賴進(jìn)口。

在高溫合金方面，已形成我國的高溫合金體系，有鐵基、鐵鎳基合金32個、鈷基合金4個，其余為鎳基合金，其中在鐵鎳基合金、950～1000℃鎳基固溶強化板材、高強度盤材料如GH33A等都有我國的特色和創(chuàng)新。除常規(guī)的變形合金和鑄造合金外，還研究開發(fā)了采用特殊工藝制造的新型材料，如定向凝固錠、單晶合金、粉末高溫合金和氧化物彌散強化合金。

在金屬間化合物高溫材料方面，取得一系列創(chuàng)新性研究成果。Ni3Al：我國研制的用作航空發(fā)動機鑄造導(dǎo)向葉片材料IC-6，1100℃，100h，持久性能水平達(dá)到國際最高水平；Ti3Al：我國研制的TD-2合金，700℃，σ0.2達(dá)100MPa，據(jù)報導(dǎo)，有較好的應(yīng)用前景；我國研制的TiAl合金，900℃，σb達(dá)490MPa，σ0.2達(dá)350MPa，延伸率和室溫KIC分別達(dá)到10%和10MPa·m1/2，極有開發(fā)前途，可用于汽車發(fā)動機部件。高熔點金屬間化合物，我國研制的SiCw(20%)/MoSi2,彎曲強度和KIC分別達(dá)到346MPa和4.01MPa·m1/2。Mo5Si3被認(rèn)為是有可能用于高溫的候選材料，蠕變性能已超過1300℃。

在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷方面，我國研制的30%SiC/Si3N4的彎曲強度達(dá)454MPa，KIC達(dá)15.6MPa·m1/2，斷裂功達(dá)4770J/m2，顯著優(yōu)于Si3N4陶瓷。

與日本、歐美先進(jìn)國家相比，我們在結(jié)構(gòu)陶瓷及技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面差距很小，某些研究方面我們處于領(lǐng)先水平。在結(jié)構(gòu)陶瓷的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國家相比，預(yù)期到2005年我國所占的市場份額可以從十五期間不到1%提高到5～10%，超過韓國和臺灣地區(qū)，位居日本之后。目前先進(jìn)陶瓷制備技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展趨勢可大致歸結(jié)為陶瓷的單晶化和復(fù)相化，塊體材料的膜層化、片式化和多層化。陶瓷材料正向著高效能、高可靠性、高靈敏、高精度、微型化、多功能、智能化、集成化以及低成本的方向發(fā)展。

在有色金屬材料方面，中國已建立起完整的有色金屬材料工業(yè)體系，并成為世界上有色金屬材料的生產(chǎn)大國，新型有色和稀有金屬材料的研究與開發(fā)取得了許多舉世矚目的成果。先進(jìn)鋁合金材料，開展了超高強B969、7055合金和6013耐蝕鋁合金的研究，引進(jìn)了6t級Al-Li合金熔鑄生產(chǎn)線，在國家“863”計劃中開展了快速凝固AlFeVSi系、過共晶Al-Si系耐熱鋁合金以及纖維和顆粒增強鋁基復(fù)合材料研究。另外，先進(jìn)的鎂合金的研究與開發(fā)自20世紀(jì)90年代開始，正在迅猛發(fā)展。

在稀有金屬材料方面，鈦合金已實現(xiàn)仿制發(fā)展到能夠獨立開發(fā)研制新合金的轉(zhuǎn)變，形成了較完整的鈦工業(yè)體系，已研制成功Ti-55、Ti-633G、Ti-53311S、7715C和HT-5-Y等5種高溫鈦合金。已研制出Ti3Al棒材、板材，并鍛出φ656mm×506mm×80mm環(huán)件。斷裂韌性比Ti6Al4V高31%的新型高韌Ti-451合金，已用于飛機事故記錄儀殼體、防彈裝甲、火焰噴射器筒體等，還開發(fā)出Ti-22、TB2、Ti47121等航空螺栓和鉚釘用結(jié)構(gòu)鈦合金。艦船用耐蝕鈦合金方面，已成功地研制出Ti-31、Ti-75合金，并得到重要應(yīng)用。此外，鈦粉末冶金多孔材料、粉末鈦合金、鈦-鋼復(fù)合材料等，均得到具體應(yīng)用。核反應(yīng)堆用Zr-4合金、航天發(fā)動機噴管用C103鈮合金、尖端武器及慣性導(dǎo)航用鈹材等新材料，在國防建設(shè)中均發(fā)揮了重要作用。

在新型高分子材料方面，我國高分子材料工業(yè)已得到很大的發(fā)展，早在1997年我國合成樹脂產(chǎn)量已達(dá)623萬噸，居世界第五位，塑料制品產(chǎn)量已逾1500萬噸，位居世界第二，僅次于美國；合成纖維產(chǎn)量達(dá)417萬噸，名列世界前茅，合成橡膠產(chǎn)量高達(dá)60萬噸，名列世界第三。

我國在合成樹脂、合成纖維、合成橡膠三種主要高分子材料方面自給能力可達(dá)到80%以上，占據(jù)國際市場份額30%以上，工程塑料的質(zhì)量有大幅度提高，十五期間高分子材料產(chǎn)品能耗高、成本高、初級和通用品種多，高檔專用、高附加值的產(chǎn)品少的局面得到根本性的扭轉(zhuǎn)，在高檔產(chǎn)品和低價通用產(chǎn)品方面形成我國的國際競爭力。與國外高分子材料的生產(chǎn)及應(yīng)用情況相比，我國在高分子材料的改性、新型特種材料的研制、成型加工技術(shù)及設(shè)備、設(shè)計及制品開發(fā)等方面仍有明顯差距。

我國建筑材料主要產(chǎn)品產(chǎn)量已居世界首位，經(jīng)過十五期間的技術(shù)進(jìn)步，生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品技術(shù)將進(jìn)入世界先進(jìn)行列，用于生產(chǎn)水泥、平板玻璃、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、玻璃纖維等主要產(chǎn)品的技術(shù)與先進(jìn)國家接軌，行業(yè)的勞動生產(chǎn)率（人年均產(chǎn)值）達(dá)到先進(jìn)國家的60～70%左右。

例如，我國水泥品種的研究開發(fā)處于世界先進(jìn)行列，五大通用和專用、特種系列水泥產(chǎn)品60多個品種，開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的硫鋁酸鹽等系列水泥?！熬盼濉逼陂g，重點工程混凝土安全性的研究工作有很大進(jìn)展。工程混凝土的強度不斷提高，C60～C80混凝土在工程上獲得成功應(yīng)用。水泥制品已初步形成了具有我國特色的品種體系?；炷镣饧觿┖蛽胶土系难芯俊㈤_發(fā)、應(yīng)用以及大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件及施工技術(shù)取得很大進(jìn)步。又如，中國的“洛陽浮法玻璃”技術(shù)躋身于世界先進(jìn)之列；具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型平彎鋼化玻璃生產(chǎn)線已逐步頂替國外先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，并出口國外；建筑衛(wèi)生陶瓷成為世界生產(chǎn)大國。

新型建筑材料已是中國建材工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。邁入21世紀(jì)，新型建筑材料應(yīng)按照中國21世紀(jì)建筑發(fā)展的總體戰(zhàn)略目標(biāo)和技術(shù)政策，以提高人民生活質(zhì)量為目的，適應(yīng)21世紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展，滿足墻改與建筑節(jié)能的發(fā)展需求，重點發(fā)展節(jié)能、節(jié)土、利廢、輕質(zhì)高強與多功能的新型墻體和屋面材料、高效絕熱材料、中高檔防水密封材料、高檔新型裝飾裝修材料。新型建筑材料工業(yè)要建立自己的科技創(chuàng)新體系，大幅度提高自主研究開發(fā)能力和水平，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理化、技術(shù)裝備現(xiàn)代化、品種多樣化和配套化、生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)保化的目標(biāo)，并加強新型建筑材料的配套材料與應(yīng)用技術(shù)的研究與開發(fā)。同時，發(fā)展生態(tài)建筑材料改善居室環(huán)境，提高生活質(zhì)量和發(fā)展可治理生態(tài)環(huán)境的生態(tài)技術(shù)是新型建筑材料及技術(shù)的發(fā)展方向。

3、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需求分析

21世紀(jì)人們在展望和設(shè)計新的生活形態(tài)時，迫切需要新的材料作為其物質(zhì)基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)材料仍是未來社會發(fā)展最重要的基礎(chǔ)材料。結(jié)構(gòu)材料的高性能化和低成本化是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要前提。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)是我國加入WTO后首批放開接軌，無保護(hù)性政策過渡期的行業(yè)，在產(chǎn)品的性能和價格上面臨發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家的雙重競爭，隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)材料能否占領(lǐng)不斷增長的國內(nèi)外市場，關(guān)鍵在于大幅度提高材料工業(yè)的技術(shù)競爭能力。“十一五”期間，高性能結(jié)構(gòu)材料以國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)需求為牽引，重點發(fā)展高性能和高附加值的新型結(jié)構(gòu)材料，擴大國際市場占有率。形成材料工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點；以科技創(chuàng)新為重點，用高新技術(shù)改造材料工業(yè)，推進(jìn)材料工業(yè)現(xiàn)代化；大力提倡節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量和材料利用率，實現(xiàn)廢棄材料資源化，降低環(huán)境負(fù)荷，把勞動生產(chǎn)率提高到世界平均水平；實現(xiàn)我國從“材料大國”向“材料強國”的轉(zhuǎn)變。

鋼鐵材料仍是主要的結(jié)構(gòu)材料。我國的鋼鐵工業(yè)還有很大的發(fā)展?jié)摿?。高層建筑、深層地下和海洋設(shè)施，大跨度重載橋梁、輕型節(jié)能汽車、石油開采和長距離油氣輸送管線、大型儲存容器、工程機械、精密儀器、船舶艦艇、航空航天、新型兵器、高速鐵路和公路、核工業(yè)、水電和火電能源設(shè)施等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都需要高性能、長壽命和低成本的新型鋼鐵材料；另一方面對鋼鐵的生產(chǎn)、加工、使用和回收等環(huán)節(jié)提出了節(jié)省資源、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的要求。因此，經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展迫切需要新型高性能鋼鐵材料。

受航空航天、交通運輸、住宅建筑、機械電子、信息產(chǎn)業(yè)和國防軍工等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)需求的牽引，有色金屬中的鋁、銅、鈦、鎂、鎳，以及稀有金屬鎢、鉬、鉭、鈮等金屬及其合金材料的需求將進(jìn)一步擴大，各種合金的制備、成形與加工技術(shù)將更加豐富多樣，在有色金屬材料領(lǐng)域容易形成一批新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群。

在結(jié)構(gòu)陶瓷材料方面，隨著高性能化和長壽命化，高溫強度、高耐磨損性的陶瓷部件需求量越來越大。有針對性地開展高溫使用的大型陶瓷部件和復(fù)雜形狀部件的燒成制造技術(shù)、微細(xì)精密陶瓷部件成型加工技術(shù)、陶瓷部件內(nèi)部缺陷的無損檢測技術(shù)，大幅度提高我國結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品的技術(shù)水平，使我國高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷的產(chǎn)業(yè)跨入國際先進(jìn)行列。

高分子材料在未來數(shù)十年內(nèi)將保持持續(xù)的高速發(fā)展，通用高分子材料、工程塑料，橡膠以及合成纖維等產(chǎn)品的國內(nèi)自給能力將在10年內(nèi)達(dá)到80%以上。其中高檔的高分子材料的自給能力將在10年內(nèi)達(dá)到65%以上，高性能、高附加值的高分子材料及其制備技術(shù)的發(fā)展將是促進(jìn)產(chǎn)品市場擴展的關(guān)鍵因素。

復(fù)合材料的應(yīng)用主要集中在航空航天、交通運輸、能源、建筑和國防軍工等領(lǐng)域，據(jù)預(yù)測，到2010年我國對復(fù)合材料的總體需求量將達(dá)到100萬噸，其中高性能復(fù)合材料將占相當(dāng)?shù)谋壤疤崾潜仨毥鉀Q制約復(fù)合材料發(fā)展的一系列關(guān)鍵技術(shù)。

我國在未來數(shù)年內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將維持高速增長，傳統(tǒng)建材的使用量將連續(xù)遞增，因此，急需發(fā)展低能耗、低污染、高性能的新型建材。若采用優(yōu)質(zhì)水泥和新的復(fù)合技術(shù)發(fā)展高性能混凝土，預(yù)期可減少水泥用量30%以上，從而大大降低環(huán)境、資源和能源的負(fù)擔(dān)。另外，西部開發(fā)、奧運工程以及國家重大工程等將牽引新型環(huán)保建材市場快速發(fā)展，例如高性能隔熱保溫墻體材料及功能化輕質(zhì)建材將以每年10%以上的速度遞增，到2005年，新型墻體材料的比例將達(dá)到40%以上。

4、發(fā)展重點和關(guān)鍵技術(shù)

在高性能金屬材料、先進(jìn)陶瓷材料、新型有機高分子材料、高性能低成本復(fù)合材料、先進(jìn)建筑材料等領(lǐng)域，以國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家重大需求為牽引，根據(jù)材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律和趨勢，以市場發(fā)展為先導(dǎo)，充分利用我國的特有資源優(yōu)勢和已有技術(shù)優(yōu)