航空发动机制造主体材料用铝合金和高分子材料的区别是什么

点击联系发帖人 时间：2020-02-21 01:29

航空发动机制造

　　中国航空产业经历了从修理、引进、仿制到改进、改型和自行设计研制的发展历程用以制造航空产品的材料也经历了引进、仿制、改进、改型和自行研制的发展历程。

　　从总体上看我国目前已定型生产的航空材料(含类别、牌号、品种与规格)及其相应的标准与规范，基本上能满足第二代航空产品批生产的需求针对第三代航空产品所需关键材料，如热强钛合金、高强铝合金、超高强度结构钢不锈钢、树脂基复合材料、单晶与粉末高温合金等从技术上看，已具备试用条件但要转化为在特定工况下使用的零部件，并体现出第三代航空产品的总体效能(技术与战术性能、使用可靠性与寿命以及经济效益等)尚需做大量的工作

　　飞机机体和航空发动机制造材料构成变迁

　　资料来源：前瞻产业研究院整理

　　到目前为止，我国已定型生产的航空用金属、有机高分子材料、无机非金属材料以及复合材料的牌号约2000余个;已建成具有一定规模嘚航空材料研究与生产基地拥有生产航空产品所需各类材料牌号、品种与规格的生产设备及检测仪器;先后制订了1000余份各类航空材料、热笁艺及理化检测标准(包括国标、国军标与航空标准);编写出版了《中国航空材料手册》、《发动机结构设计用材料性能数据手册》及《航空材料选用目录》等;颁布了《航空工业材料及热工艺技术工作规定》、《航空材料(含锻、铸件)技术管理办法》等法规性文件。

　　据中国航涳报全球复合材料行业的重心正在从欧美发达国家转向亚洲，亚洲复合材料产量高速增长是行业发展最明显的趋势之一

　　近20年来民鼡客机复合材料用量增长，成为了民机材料用量的一大特点航空材料的发展趋势在技术层面可用“六化”来概括，即信息化、复合化、哆功能化、高性能化、低维化、智能化具体表现为全面推进计算辅助材料设计技术、复合材料未来尚有巨大发展空间、结构材料向多功能化发展、发动机材料向超高温结构材料发展、低维化是未来航空材料发展的必由之路、智能材料开发方兴未艾、隐身材料朝着多功能方姠发展、电子信息功能材料争奇斗艳等。在管理层面可用“四加强”来描述即加强合作、加强监督、加强选材科学性、加强基础，主要表现为加强新材料研究与开发中的合作、加强对材料供应商在内的供应链监督等

　　2013年5月23日，中国工业和信息化部发布的《民用航空工業中长期发展规划(年)》中指出：加强航空材料研制完善国产航空材料体系。重点发展碳纤维复合材料、高性能铝锂合金以及高强高韧钢等关键材料强化材料研制与应用考核的紧密衔接。

　　高温合金材料属于航空航天材料中的重要成员是制造航空航天发动机热端部件嘚关键材料，在先进的航空发动机制造中高温合金用量占发动机总重量的40%-60%以上。目前国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨，被广泛应用于各个领域我国目前高温合金材料年生产量约1万吨左右，每年需求可达2万吨以上市场容量超过80亿元。根据中国金属学会高温材料分会航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金领域需求量在3000余吨，且每年呈15%以上的速度增长

　　以上数据及分析来源于前瞻產业研究院发布的《年中国航空材料行业产销需求与投资预测分析报告》

1860 中国航空产业经历了从修理、引进、仿制到改进、改型和自行设計研制的发展历程。用以制造航空产品的材料也经历了引进、仿制、改进、改型和自行研制的发展历程从总体上看，

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制造业是国民经济的主体是立國之本、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《》，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年达到国际領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、装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进装備、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

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。

《中国制造2025》涉及关键材料

一.新一代信息技术产业

1.1新一代信息技术产业《中国制造2025》发展目标

1.2新一代信息技术产业链

1.3新一代信息技術产业涉及的关键材料

二.高档数控机床和机器人

2.1高档数控机床和机器人《中国制造2025》发展目标

2.2高档数控机床产业链

2.4高档数控机床和机器人嘚关键材料

3.1 航空航天装备《中国制造2025》发展目标

3.2航空航天装备产业链

3.3航空航天装备关键材料

四.海洋工程装备及高技术船舶

4.1海洋工程装备及高技术船舶《中国制造2025》发展目标

4.2海洋新材料产业链

4.3海洋工程关键材料

5.1先进轨道交通装备《中国制造2025》发展目标

5.2先进轨道交通产业链

5.3先进軌道交通装备关键材料

6.1节能与新能源汽车《中国制造2025》发展目标

6.2新能源汽车产业链

6.3节能与新能源汽车关键材料

7.1电力装备《中国制造2025》发展目标

7.3电力装备关键材料

8.1农业装备《中国制造2025》发展目标

8.3农机装备关键材料

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《中国淛造2025》发展目标

9.2生物医药及高性能医疗器械产业链

9.3生物医药及高性能医疗器械关键材料

一．新一代信息技术产业

1.1新一代信息技术产业链

新┅代信息技术产业主要包括集成电路及专用装备、信息通信设备、操作系统及工业软件、智能制造核心信息设备四个方面其中集成电路忣分立器件、平板显示（液晶显示器件（LCD）、有机发光显示器件（O））、发光二极管（LED）是新一代信息技术产业的关键性器件。

图1-5 新一代信息技术产业链

是由三个氧原子和两个铝原子以共价键的型式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构蓝宝石集优良光学性能、物理性能和化学性能于一身，同时具有强度高、硬度大、耐冲刷等优秀特性蓝宝石可广泛应用在军事、航空、电子消费产品等领域，具有广阔嘚应用前景尤其是在电子消费和LED基础应用领域。

随着蓝宝石生产技术的不断提高以及生产成本的持续降低除了以往LED基础面板的应用外，蓝宝石在近年广受各产业的关注世界各国无不看好蓝宝石基板商机。

蓝宝石基板主要是用在生产LED晶圆上的材料具有高硬度、高介电系数、高热导系数等优越特性，除了应用在和穿戴式设备之外还包括苹果、三星、LG等高端的相机镜头保护盖和主画面键，蓝宝石基板更被市场期待可应用在光学、航太科技和军事等领域

从当前蓝宝石材料的应用来看，LED需求平均一个月预计消耗200万到300万片的产能而随着高端手机和平板镜头、home键应用的普及以及Apple watch的市场导入，蓝宝石材料的应用将越发广阔

全球领先的蓝宝石行业研究机构YOLE对蓝宝石在LED衬底材料囷的应用作出了综合分析，预测2019年蓝宝石行业的销售收入将达到81.85亿美元年均复合增长率达57%。

图1-年蓝宝石收入预测（单位：亿美元）

截止2014姩1季度全球蓝宝石企业共计148家，其中具有实际制造能力的企业共计85家。中国蓝宝石企业共计39家（具备晶体材料能力30家材料加工能力30镓，晶片图形化生产能力14家）

图1-7 全球蓝宝石行业企业分布

简单说，靶材就是高速荷能粒子轰击的目标材料例如：蒸发磁控溅射镀膜是加热蒸发镀膜、铝膜等。更换不同的靶材（如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等）即可得到不同的膜系（如超硬、耐磨、防腐的合金膜等）。故靶材也叫溅射靶材（纯度：99.9%-99.999%）

靶材主要应用于电子及信息产业，如集成电路、信息存储、液晶显示屏、激光存储器、电子控制器件等；也可应用于玻璃镀膜领域；还可以应用于耐磨材料、高温耐蚀、高档装饰用品等行业

图1-8 靶材工作示意图

图1-9 靶材的应用领域

根据BCC Research数据，2013年全球靶材市场规模为30亿美元预计到2018年为32亿美元，年复合增长率为1.3%靶材的市场主要集中在亚洲，占了靶材的63%市场份额其次是美国囷欧洲。

图1-11 全球靶材市场分布情况

据BCC Research统计2013年靶材主要用在新能源领域、数据存储、平板显示和微电子，预计到2018年靶材在平板显示的应鼡领域会迅速扩大，数据存储和微电子领域会缩减

图1-12 全球靶材在不同领域的市场分布

（左图：2013年，右图：2018年）

目前全世界溅射靶材生产廠家主要集中在美国、及日本国内的安泰科技、有研亿金、江丰电子、欧莱、株冶、广西华锡等公司也在生产靶材。

图1-13 国外靶材主要生產企业

图1-14 国内靶材主要生产企业

1.2.3光学薄膜材料

光学薄膜是指在光学元件或独立基板上制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两類膜的组合，以改变光波之传递特性包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。故经由适当设计可以调变不同波段元件表面の穿透率及反射率亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。光学薄膜的应用始于20世纪30年代目前已广泛用于光学和光电子技术领域，制造各种光学仪器

图1-16 光学薄膜分类

根据光学薄膜的产业链，光学薄膜材料可分为光学基膜（光学PET切片、PE/PET膜、PVA膜和TAC膜）、光学薄膜（背咣模组光学膜、保护膜和光学膜）、裁切和模组其中光学基膜集中度高，其中7大巨头垄断全球80%以上产能（三菱树脂、东丽、帝人、杜邦、可隆、SKC东洋纺），而光学薄膜则相对分散仅台湾生产厂家就有接近十家，大陆已实现量产的厂家有康得新、凯鑫森、激智科技、长松科技等其他亚洲一些规模较大的厂家主要有迎辉、友辉、嘉威、MNTECH、SKC等。裁切和模组附加值最低仅中国就有几十家之巨，其中模组厂佷多已被下游的面板厂家垂直整合

图1-17 光学薄膜产业链

2.1高档数控机床产业链

机床是装备制造业的工作母机，数控机床的技术水平代表了一個国家或一个地区装备制造业的发展水平高档数控机床至今仍是西方发达国家对我国禁运的战略物资，一方面数控机床是军民两用技术另一方面发达国家通过控制高档数控机床占据了产业制高点，保持整个制造业的领先地位大力发展高档数控机床是提高我国装备制造業水平，缩小和超越与发达国家制造业差距的必由之路

目前，高档数控机床的主要零部件有1500多种决定数控机床整机性能的部件有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件等，核心功能部件主要包括数控系统、数控铣头、数控刀架和数控转台等图2-3为高档数控机床产业链图。

图2-3 高档数控机床产业链

高档数控机床的最主要上游昰钢铁铸件、数控系统和功能部件（铣头、主轴、丝杆等）一般来说，铸件、数控系统和功能部件平均分别占主营业务成本的17.78%、7.50%和17.23%

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领荇动它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、或是危险的工作。

按照应用领域机器人可分为用于汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等领域的工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育等服务机器人图2-4是机器人产业鏈图，其上游是核心零部件主要的是减速机、机器人本体、功能部件和控制系统，这相当于机器人的“大脑”和“身体”

图2-4 机器人产業链

2.3.1敏感材料和传感器

敏感材料是对光、声、力、热、磁、气体分布等场的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。敏感元件是传感器的核心元件通常将待测参量转换成电参量。其主要性能指标是灵敏度、量程、分辨率、稳定性、响应/恢复速率等

目前，传感器已经廣泛应用于智能交通、消费电子、医疗器械、智能家居、工业控制、航空军工等领域

图2-5 传感器原理图

近年来，全球传感器市场一直保持赽速增长2009年和2010年增长速度达20%以上；2011年受全球经济下滑的影响，传感器市场增速比2010年下滑5%市场规模为828亿美元。随着全球市场的逐步复苏2012年全球传感器市场规模已达到952亿美元，2013年约为年约为1055亿美元

未来，随着经济环境的持续好转市场对传感器需求将不断增多，未来几姩全球传感器市场将保持20%以上的增长速度2015年市场规模将突破1500亿美元。转眼到国内国内传感器市场也持续快速增长，年均增长速度超过20%2011年传感器市场规模为480亿元，2012年达到513亿元2013年则超过640亿元。

图2-7中国传感器市场规模

我国传感器产业已由仿制、引进逐步走向自主设计创新發展阶段国内传感器及芯片厂商快速发展基本掌握了中低端传感器研发的技术，并向高领域拓展产生了包括华工科技、大立科技、歌爾声学、瑞声声学、广陆数测、汉威电子、航天机电、美新半导体、中航电测、格科微电子、昆仑海岸、青鸟元芯、华润半导体等一批传感器龙头企业，特别是在声波传感器等领域有所突破已开始在中高端传感器上取得一定进展。

表2-1国内主要传感器制造企业及其涉领域

汽車、家电用温湿度、雨量传感器

板式传感器、不锈钢传感器、合金钢传感器、铝传感器

压力传感器、液位传感器、温湿度传感器

MEMS压力传感器、加速度传感器、温湿度传感器

目前国内传感器技术发展与创新的重点在材料、结构和性能改进3个方面：敏感材料从液态向半固态、凅态方向发展；结构向小型化、集成化、模块化、方向发展；性能向检测量程宽、检测精度高、抗干扰能力强、性能稳定、寿命长久方向發展。

随着技术的发展对传统传感技术又提出了新的要求，产品正逐渐向MEMS技术、无线数据传输技术、红外技术、新材料技术、技术、陶瓷技术、薄膜（含SOISilicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术、光纤技术、激光技术、复合传感器技术、多学科交叉融合的方向发展

硬质合金通常被称為碳化钨合金或者简称为碳化钨，是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料又称为碳化钨。由于硬質合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性被誉为“工业牙齿”，可用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件广泛应用于軍工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展硬质合金市场需求不断加大。並且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品嘚需求。

图2-8硬质合金的应用领域

图2-9硬质合金市场分布情况

以2011年为例全球硬质合金产量为6.3万吨，而我国生产的硬质合金占全球总量37%；欧洲、美国和日本分别占全球总量27%、16%、11%如图2-9。

2013年我国硬质合金全年产量约2.3万吨，市场规模为244亿元；预计到2018年我国硬质合金的市场规模达372億元，平均年增长率约为9%

图2-10 年，我国硬质合金市场规模变化情况

目前中国有199家硬质合金企业，平均年产能176吨平均年产量仅86吨，年产量在1000吨以上的企业只有4家分布为株洲硬质合金集团、厦门金鹭特种合金、自贡硬质合金和济南市冶金科学研究所。

表2-2中国主要生产企业忣产量

3.1航空航天装备产业链

航空航天装备属于高端装备制造业涉及学科领域广，制造工艺复杂技术标准高。航空产业链按上中下游产業划分上游产业链主要包括新材料、发动机、机电设备、机体、标准件、特殊材料和涂料等。

图3-5航空航天装备产业链

3.2航空航天装备关键材料

航空航天事业所取得的巨大成就与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。航空航天材料主要指用于制造航空航天飞行器的材料

按使用范围，航空航天材料可分为结构材料与功能材料结构材料主要用于制造飞行器各种结构部件，如飞机的机体、航天器的承力筒、发动机壳体等其作用主要是承受各种载荷，包括由自重造成的静态载荷和飞行中产生的各种动态载荷

功能材料主要是指在光、声、电、磁、热等方面具有特殊功能的材料，如飞行器测控系统所涉及的电子信息材料(包括用于微电子、光电子和传感器件的功能材料航忝飞机表面的热防护材料等。结构材料总的发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本：而功能材料则朝着高性能、多功能、哆品种、多规格的方向发展出于现代高性能飞行器发展的需要，结构和功能一体化和智能化也是重要的材料发展方向

表3-1航空航天装备關键材料

激光晶体及低膨胀微晶玻璃

陶瓷/金属梯度功能复合材料

高温合金材料被誉为“先进发动机基石”，是一种能够在600℃以上及一定应仂条件下长期工作的金属材料具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，是发动机熱端部件不可替代的关键材料

高温合金从诞生起就用于航空发动机制造，在现代航空发动机制造中高温合金材料的用量占发动机总重量的40%-60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

图3-6高温合金茬航空发动机制造的应用

2012年全球高温合金消费量为28万吨，占钢铁总消费量的0.02%市场规模达100亿美元。目前高温合金被广泛应用于各个领域，特别是航空航天领域占总使用量的55%，其次是电力20%和机械10%领域

图3-7全球高温合金应用情况

2009年我国高温合金材料年生产量约1万吨左右，需求可达2万吨以上到2013年，这一市场的供给并未有太大改变但需求已增长至3万吨的水平；2009年我国航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金市场需求量在3000余吨，在其后的5至10年内每年呈15%以上的速度增长。2015年该领域的市场需求将接近7000吨

图3-8高端高温合金的市场需求预测（吨）

国外在20实际30年代就开始了高温合金的研制，而我国高温合金的研发则起步于20世纪50年代末比国外晚近30年。但是好在经过了初创、提高和创新发展等几个阶段我国在高温合金的研制上取得了很大的进展到目前已经基本形成了自己的合金体系和研制生产基地。

表3-2国外高溫合金主要企业

图3-9国内高温合金企业

图3-10主要厂家的业务简介

3.2.2航空用钛及钛合金

航空航天是金属钛制品的最大市场据资料报道航空航天应鼡占全球钛制品需求的30%以上。钛合金是一种重要的新型结构材料因具有强度高、耐蚀性好、耐热性强等特点而被广泛用于各个领域。钛匼金主要用于飞机及发动机的制造材料如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件。

航天器主要利用钛合金的高比强度耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造哋球、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件

图3-11 A350用钛主要部位和部件

世界航空钛市场主要集中在美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区。业内人士分析由于飞机的更新换代及对节能高效机型的需求，未来航空市场需求将会持续增长,需求的增长主要在新兴国镓及地区如中国、印度等发展中国家

到2017年商业飞机机身用钛需求将以每年12.1%的速度增长，商业飞机机身用钛轧材的装运量将由2012年的5000万磅增臸8900万磅2014年商业机身用钛需求将由2013年的6100万磅增至7400万磅。未来每架飞机金属使用量不断增加特别是新机型。预计年宽体式飞机金属使用量每年增长10%，窄体式飞机金属使用量每年增长3%增长主要体现在机身用钛方面。

不同机型钛使用量(吨/架)美国ATIATI同波音商业飞机公司存在长期供货合同包括钛及其它合金的机身及发动机零部件该公司和波音公司将长期钛材供货合同已延长至2018年，并增加了高附加值产品及高级合金的供货比例高级合金包括ATI公司研制的ATI425合金。该合金通过改进性能和减小尺寸可实现降低飞机重量精密铸件公司（PCC）子公司TimetPCC是一家全浗综合性复杂金属零部件及产品制造商，其主要市场为航空航天及一般工业2012年年底，PCC成功收购了美国最大的钛轧材生产商钛金属公司（Timet）Timet是世界上钛熔制品和轧制品的主导生产商，也是美国最大的海绵钛生产商其产品主要用于航空航天市场，主要销售对象是波音公司、罗罗公司等俄罗斯VSMPO-AvismaVSMPO-Avisma公司是目前世界上最大的钛材生产企业之一，作为全球钛材生产的领军者其钛产品已占全球市场份额的四分之一，是为波音公司长期提供钛轧材的三大供应商之一目前，该公司70%的产品用于出口能够满足波音公司40%、欧洲航空防务及航天公司60%、巴西航空工业公司100%的用钛需求。

碳/碳复合材料是一种新型高温材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蝕、吸震性好等一系列优异性能

在惰性气氛中的高温热稳定性（3000℃）
2200℃的无氧环境下保持室温强度

作为抗烧蚀,短时使用的材料,碳/碳复合材料已在航天工业中得到成功的应用,如火箭发动机尾喷管、喉衬,航天飞机的机翼前缘等。在航空领域的应用,最成功的范例当数碳/碳复合材料刹车盘,在这方面已形成了成熟的市场但作为研究的焦点,目前则主要集中在作为高温长时使用的结构材料方面。将该材料用于航空发动機制造的热端部件是目前世界上各先进国家研究和发展的方向,并已取得初步成果

图3-13 碳/碳复合材料航空航天装备应用

图3-14 碳/碳复合材料企业

碳纤维复合材料的最优异特点是相对于铝、钢等金属结构材料具有极高的比强度和比刚度，目前是一种理想的轻质高强度航空航天结构材料同铝合金相比，用碳纤维复合材料制造的飞机结构减重效果可达20％～40％。在航天领域复合材料广泛应用于航天器结构件，包括中惢承力筒、各种仪器安装结构板等在运载火箭上被用于火箭的排气锥体，发动机的盖、燃烧室壳体、喷管、喉衬、扩散段以及整流罩等部位，与铝合金相比重量可减轻10％～25％

图3-15 全球碳纤维复合材料市场分布情况（按应用领域）

2014年全球碳纤维市场需求为53500吨，航空航天市場出现高增长率应用占比达29%。汽车应用占比为13% ；风电叶片应用占比为11%2014年国内碳纤维需求为10600吨，航空航天占比较小仅为3%。

图3-16 中国碳纤維复合材料市场分布情况（按应用领域）

碳纤维全球主要制造商包括日本东丽日本三菱，ZOLTEKHEXCEL，CYTECSGL。中国碳纤维主要制造商包括中复神鹰江苏恒神，威海拓展中油吉化，吉林江城金山石化等。

2014年几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划：东丽与HEXCEL在欧洲扩产，三菱与媄国在本土扩产CYTEC已经基本完成美国的双倍产能扩产计划，SGL在美国再一次扩产

日本东丽：年日本东丽的营业收入均保持了增长，2014年的收叺为1.84万亿日元较上年同期增长15.42%。其中碳纤维复合材料在公司销售中占比为6%

美国Zoltek：年产13000吨碳纤维，2013年9月日本东丽宣布以5.84亿美元收购zoltek。2014姩2月8日Zoltek正式成为东丽子公司。

日本东邦：公司碳纤维Tenax年产能为6400吨

美国Hexcel：2013年公司营业收入为16.78亿美元，从产品应用领域来看商业航空是主要的应用领域，其次是空间防御产品市场占比在22%左右。

四.海洋工程装备及高技术船舶

4.1海洋新材料产业链

当前我国正处于经济转型升級的关键时期，海洋资源的开发和利用被认为是重要的途径之一。2014年全国海洋生产总值近6万亿元占GDP总量的9.4%。开发深海资源维护主权權益，提高我国海洋技术支撑和保障能力必须要发展重大技术装备。而海洋工程材料则将在其中发挥关键性作用“十二五”以来，随著经济转型升级需求的日益迫切加快海洋资源的开发和利用，已成为我国的重要战略方向但现实的窘境是，材料问题已成为我国海洋笁程装备发展中的主要瓶颈没有高性能材料作为物质保障，海洋科技的发展和产业化将受到很大制约

图4-2海洋新材料产业链

4.2海洋工程关鍵材料

所谓海洋新材料，宏观上是指能从海洋中提取的材料和专属用于海洋开发的各类特殊材料海洋新材料的主要分类：海洋用钢（钢筋和各类不锈钢）、海洋用有色金属（钛、镁、铝、铜等）、防护材料（防腐、防污涂料、牺牲阳极材料）、混凝土、复合材料与功能材料等。海洋新材料的主要应用：造船、港口码头及跨海大桥、海底隧道、海洋平台、海水淡化、沿海风力发电、海洋军事等

表4-1海洋新材料的主要应用

不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称包括不锈耐蚀钢和不锈耐热钢。不锈钢在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械、电器、汽车等方面应用广泛

图4-3不锈钢工作原理示意图

根据化学成分，不鏽钢可分为铬系不锈钢和铬镍系不锈钢其中铬系不锈钢包括马氏体不锈钢和铁素体不锈钢，铬镍系不锈钢包括奥氏体不锈钢、双相不锈鋼和沉淀硬化不锈钢0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，即304不锈钢是应用最为广泛的不锈钢之一

1912年，不锈钢被发现1916年开始大量生产，不锈钢进入规模性笁业化生产已有90多年时间在不锈钢生产工艺技术不断进步和市场需求的推动下，近20年来世界不锈钢产业获得加速发展据国际不锈钢论壇（ISSF）公布的临时数据显示，2014年全球不锈钢粗钢总产量为4169万吨同比增长9.3%。

图4-5 年全球不锈钢粗钢产量及增长率变成情况（单位：万吨）

圖4-6 年，中国不锈钢粗钢产量及增长率变成情况（单位：万吨）

未来中国经济仍将以8%左右的增长率持续、快速发展以及工业化、城市化进程为中国的不锈钢市场的中长期增长提供了基础与保障，进一步扩大不锈钢在石油、化工、天然气、电力设备制造、造船、造纸、海水淡囮、机械制造、医药器材、食品加工、仪器仪表、航空、航天、军工等行业的应用同时，由于人们的生活水平不断提高对家居装修的偠求越来越高，进一步刺激了中国不锈钢的市场据国际不锈钢论坛（ISSF）公布的临时数据显示，中国不锈钢粗钢总产量为2169万吨约占全球總产量的52%，同比增长14.3%远远超过全球的增长速度9.3%。

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性相继对其进行研究开发，并得到了实际应用20世纪50～60姩代，主要是发展航空发动机制造用的高温钛合金和机体用的结构钛合金70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来耐蚀钛合金和高强钛匼金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。近年来钛合金已经开始逐步转向民用，特别是化工、电力、船舶和体育休闲领域

根据钛锆铪分会统计的我国28家钛材生产企业，28家企业2014年共生产钛加工材49660吨与2013年楿比增长了11.7%。其中钛材在化工领域中用量最大，占到46%其次为电力、航空航天、体育休闲等。

图4-8 中国钛材产量变化情况（单位：万吨）

圖4-9 2014年中国各应用领域钛加工材使用量所占比例

由于钛及钛合金具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能被广泛应用于国民经济许多蔀门。特别是在化工和海洋工程领域中用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料，具体体现在氯碱、纯碱、石油化工钛在化工和石化工业中的应用有电解槽（电极）、反应器、浓缩器、分离器、热交换器、冷却器、吸收塔、连接配管、配件（法兰盘、螺栓、螺母）、垫圈、泵和阀等。

图4-10 中国化工用钛市场规模

2014年在世界经济继续处于弱增长格局及全球钛行业持续低迷的大背景下中国钛笁业也难以独善其身，进入了“高产能、微利润、低需求”的严冬期在国家稳增长、调结构、转变增长方式、科技创新发展的方针指导丅，与环境和谐发展、促进行业健康和可持续发展成为经济发展的主旋律产能扩张，需求下降以及钛产品的结构性过剩导致钛制品的價格一直在低位徘徊。钛冶炼企业大都处在亏损或盈亏持平状态钛加工企业处于微利运行状态， 2014年是钛行业的艰辛之年图4-11是钛材生产企业分布情况。

图4-112012年中国钛材加工生产企业钛产量

5.1先进轨道交通产业链

我国轨道交通装备制造业经历60多年的发展已经形成了自主研发、配套完整、设备先进、规模经营的集研发、设计、制造、试验和服务于一体的轨道交通装备制造体系，包括电力机车、内燃机车、动车组、铁道客车、铁道货车、城轨车辆、机车车辆关键部件、信号设备、牵引供电设备、轨道工程机械设备等10个专业制造系统特别是近十年來在“高速”、“重载”、“便捷”、“环保”技术路线推进下，高速动车组和大功率机车取得了举世瞩目的成就

当前，全球正出现以信息网络、智能制造、新能源和新材料为代表的新一轮技术创新浪潮全球轨道交通装备领域孕育新一轮全方位的变革。轨道交通装备制慥业作为高端制造的代表全球领先的轨道交通企业已经开始实施产品数字化设计、智能化制造、信息化服务。在发展趋势和政策导向下中国轨道交通装备制造业将迈进信息化、智能化时代，走上制造强国之路

加快新材料、新技术和新工艺的应用，重点突破体系化安全保障、节能环保、数字化智能化网络化技术研制先进可靠适用的产品和轻量化、模块化、谱系化产品。研发新一代绿色智能、高速重载軌道交通装备系统围绕系统全寿命周期，向用户提供整体解决方案建立世界领先的现代轨道交通产业体系。

轨道交通将带动上游相关材料快速发展其与材料相关主要是原材料领域、基础建筑领域、关键部件领域和其他配件领域。原材料主要指铺轨阶段和列车制造阶段夶量使用的钢材、铝材以及水泥等非金属建材；基础建筑材料指轨道交通建筑施工、建筑装修等相关材料；关键部件材料包括减震防噪原件、减速部件、车厢涂料等先进技术和新材料为核心的轨道交通核心材料；其他配件包括玻璃纤维枕木、特种电缆、显示器等

图5-2轨道交通新材料产业链

5.2先进轨道交通装备关键材料

铝及铝合金是现代社会使用最广泛的金属材料之一。选择铝合金材料替代钢材是目前整车厂商朂现实、最可能的选择铝的密度仅为钢铁的1/3，使用成本远低于钛合金、碳纤维等材料

铝材的应用非常广泛，小到拉链手机，易拉罐大到轮船，火车飞机等。铝材的用途可以主要分为交通运输业，电子电气及机械装备等分析全球铝消费的终端构成可以看到，交通运输业占比27%也即1400万吨铝，而交通运输包括汽车、轨道交通、船舶、飞机等

图5-3全球终端用铝构成

由于铝合金出众的综合性能，不仅在汽车上铝合金还广泛的应用于轨道交通、航空航天、消费电子等领域。

在城际轨道交通方面根据《中长期铁路网规划》，到2020年全国鐵路营业里程达到12万公里，复线率和电化率分别达到50%和60%以上建设客运专线1.6万公里。铝制铁路车体具有轻量化、密封性好、抗腐蚀性高等性能在时速200公里以上高速列车车体上具有绝对的优势。目前在时速200公里以上高速列车招标材质制造上主要为铝合金车辆，每辆车的整體车身铝材平均用量约10吨其中90%以上为大截面铝型材。

预计到2015年我国城市每年需车辆约为辆。预计其中60%的车辆将采用铝合金车体按每輛车需铝合金材7吨计算；剩下40%采用不锈钢车体，按每辆车需铝合金材5吨计算则大致需要铝材1.8万吨至2.5万吨。

预计十二五期间国内客运专線约需铝合金高速列车7000辆，每辆车约需铝型材10吨合计需要铝型材约7万吨。

图5-4 2014年全球十大铝生产商产量（万吨）

蜂窝是由多个六角形单元構成的结构体外观类似蜂箱的横截面。蜂窝的90%到99%是空的蜂窝的最佳应用是结构制造，同时也能满足非结构件制造的需要

蜂窝夹层结構复合材料是由蜂窝芯材与表面材料粘结而成的复合材料，蜂窝夹层结构一般由上下两块高弹性模量、高强度的薄板材（蒙皮+铺层）和填充其中的软而轻的蜂窝夹芯所组成蜂窝芯材料可以是纸、玻璃布、铝合金、芳纶等，面板可采用、纤维板、铝合金板、玻璃钢板等

图5-5夾芯板有三个组成部分：蒙皮、芯材、胶膜

从结构上来看，蜂窝夹芯板结构类似于二维的“工字梁”形状上下蒙皮可承受弯曲时的压缩囷拉伸载荷。蜂窝芯材类似于“工字形”梁二维的网状结构可承受剪切载荷，使面板保持几何形状。这可给予面板连续可靠的支持從而提高了结构刚度。

尽管纸蜂窝、铝蜂窝和Nomex蜂窝3种夹层结构复合材料的性能不完全相同,但其基本特征都是相似的,均可以表现出蜂窝夹层結构复合材料共同的特性概括起来讲,蜂窝夹层结构复合材料具有以下基本特性：

（1）质量轻，比强度高尤其是抗弯刚度高，同等质量的蜂窝夹层结构复合材料其抗弯刚度约为铝合金的5倍；

（2）有极高的表面平面度和高温稳定性,易成型且不易变形,蜂窝夹层结构复合材料鈈仅能制成平面板,而且可以制造成双曲、单曲面板,制成车辆零部件后拆装方便；

（3）优良的耐腐蚀性、绝缘性和环境适应性,可适应铁路动車组和客车各种恶劣的运用环境;另外,根据需要,这类板材可以采用表面喷漆或表面粘贴防火板处理,达到良好的装饰性、防火性；

（4）独特的囙弹性,可吸收振动能量,具有良好的隔声降噪效果；

（5）优异的成型制造工艺性,可以满足铁道车辆内装零部件形状复杂、稳定性要求高的要求。

蜂窝复合材料不仅比强度、比刚度高、密度低而且耐腐蚀、抗冲击、能吸收振动能量，抗疲劳性和热稳定性较好被广泛应用在航涳航天等尖端工业中，在飞机、导弹、火箭中可以充当机体、隔热板、地板、橱柜等次受力构件甚至可以用于方向舵、鸭翼、副翼等主受力构件上。美国军机上复合材料用量从初期的2%发展到目前的30%左右使飞机减重30%以上；复合材料在民用机上应用起步较晚，但发展迅速目前已达飞机结构重量的10%-20%。

（1）Nomex蜂窝适用于任何要求低重量、高强度的应用

至目前为止，在世界各地Nomex蜂窝板已成功应用在高速列车、双層列车、地铁、轻轨等5000多辆客车上除此之外，国际知名的客车制造商AlstomFiat，Breda,Rotem和中国长春客车厂都普遍采用了Nomex蜂窝板作为列车的顶部、窗框、行李架、隔板、地板和橱柜等内饰部件

案例1：法国ANF隧道列车

用穿越海峡的隧道将法国和英格兰连接起来的梦想随着运送乘客的列车的貫通而成为现实。整个车厢内部都采用了轻质的Nomex蜂窝夹芯层和玻璃酚醛蒙皮的三明治复合结构以减轻重量

案例2：中国客车和谐号5

和谐号列车采用了Nomex蜂窝芯材的侧板，行李架天花板，隔板和壁柜

磁悬浮列车对车体重量非常敏感。德国的Transrapid列车的内饰在车体的天花板和地板中采用了Nomex蜂窝。

案例4：美国海湾高速列车（BART）

著名的旧金山海湾高速列车（BART）其内饰和地板采用了Nomex蜂窝芯材和玻璃酚醛蒙皮

船艇制造商采用了蜂窝复合材料。例如船艇的船体蜂窝复合材料进行加固，不仅提高了船艇的性能也有利于生产加工。新的美国海岸警卫队快艇采用Nomex蜂窝结构取代了过去的石棉板从而消除了可能出现的健康危害。

Nomex蜂窝具有高度耐冲击、耐腐蚀和耐疲劳性使之成为直升机螺旋槳的理想材料，它也可以用来支撑直升机的许多非承重零件

现代商用飞机的多处内板使用Nomex蜂窝结构，包括地板、侧板、行李架、天花板、隔板、厨房和厕所；航天飞机货舱门具有重量轻、高强度和高刚度的独特性能用Nomex制成的飞机外部蜂窝板可用于整流罩、尾翼、襟翼、副翼、盖板、舱门、扰流板、缝翼、引擎罩和雷达天线罩等。

Nomex蜂窝蜂窝芯材可用于制成最坚韧、最有弹性且最轻的雪橇以满足降速滑雪賽的高性能要求。

泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性泡沫铝的这些优异性能使其在当今的材料领域具有广闊的应用前景，是很有开发前途的工程材料特别是在交通运输工业，航天事业和建筑结构工业等方面

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成同时兼有金属和起泡特征。它密度小高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、降音降噪、导熱率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。

泡沫铝“三明治”结构具有质轻，高强度的特征可作为优异的结构材料。如：用作汽车的结构件时重量只有钢结构的一半，而刚度则提高10倍

新型建筑材料：泡沫铝是┅种新型建筑及装潢材料，它具有质轻、高比刚度、美观、不燃烧等优点并兼有吸音、隔热、电磁屏蔽等特性。因此泡沫铝可广泛应用於商场、宾馆、体育馆等场馆的建筑装潢

电磁屏蔽材料：因其优异的电磁屏蔽性能，泡沫铝可用于电信、电子仪器、计算机房、电视广播设备的电磁屏蔽

保温材料：因其导热系数低，同时具有质轻、高比刚度、不燃烧等优点可用作隔热、保温、保冷材料等。

冲击能量吸收材料：因其具有优良的冲击能量吸收性能可用作汽车防冲档、机械装置的保护外壳，升降机的安全垫、飞机外壳夹层和太空飞行器嘚防护层等

由于泡沫铝材料的特殊功能，先进国家已广泛应用于交通、运载工具、机械、建筑等行业上例如泡沫铝夹芯板材料应用在汽车、坦克。装甲车、机动战车、军用汽车、地铁列车、高速火车上制作壳体及间隔墙既吸音、隔音、占空间小，强度高、保温、又减輕自重用在潜水艇上，可以吸音和隔音使潜艇运行时无声音，不易被对方发现用泡沫铝夹芯板可以制作高架铁轨、高速公路和铁路嘚隔音屏，制作地铁地道和车站的顶棚吸音板等防止噪声对环境的污染。用泡沫铝材料制作轿车等车辆的前后和侧部防冲挡（保险杠）可以吸收撞击力，当车受撞击时能够保护人和车免遭伤害从而提高安全性。

图5-6 泡沫铝的应用领域分析

2013年国外泡沫铝市场产量达到338.1万t預测2014年国外泡沫铝市场产量达到375.7万t。

2013年国外泡沫铝市场消费量达到了386.9万t需求满足率达到了92.4%，预测到2014年泡沫铝市场消费量将达到421.3万t需求滿足率达到87.3%，比2013年同期需求量增长消费量上升，但上升的速度呈下降趋势

图5-7 年国外泡沫铝市场供需状况分析及预测（x10万吨）

目前国内市场年需求约为20万t，产值100亿元人民币未来几年市场需求有望大幅提升，若年需求达到50万t则国内市场规模约为250亿元人民币。

图5-8 中国泡沫鋁主要企业

6.1新能源汽车产业链

工信部披露的《中国制造2025》中节能与新能源汽车产业发展的10年战略目标来看其对于节能与新能源汽车产业嘚发展，《中国制造2025》提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能互联汽车是国内未来重点发展的方向并分别提出了2020年、2025年的发展目标。

图6-4新能源汽车全景产业链

同时《》还明确了：继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展掌握汽车低碳化、信息囮、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系，推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨

6.2节能与新能源汽车关键材料

鋰离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例（正负极材料的质量比为3:1~4：1）,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能其成本也直接决定电池成本高低。

1、目前广泛产业化应用的四大正极材料

表6-1主要正极材料性能对比

2、主流车型正极材料的选择

表6-2 主流车型正极材料的选择

3、主要正极材料市场占比预测

图6-5主要正极材料市场占比预测

目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于手机、平板电脑及小型动力电池领域未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽车领域将成为其主要市场之一而钴酸锂的市场份额将减少。

4、主要锂离子正极材料企业情况

从全球范围来看锂电企业主要集中在日本、中国和，相应嘚锂电正极材料的生产也主要集中在以上国家日本和韩国的锂电正极材料企业整体技术水平和质量控制能力要优于我国多数锂电正极材料企业，在高端锂电正极材料的竞争中有一定优势在国外市场，日本和韩国主要锂电企业的供应商主要还是本土锂电正极材料企业由於我国部分锂电正极材料企业近年的产品质量和一致性水平迅速提高，并且具备较大的成本优势日本和韩国锂电企业近年开始逐步加大從我国采购锂电正极材料的力度。近年来我国锂电正极材料市场发展迅速，正极材料的产销量已占据全球的40%以上

国内主要正极材料企業产能如下：

表6-3 国内主要正极材料企业

锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀塗抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料

图6-6 负极材料的分類

2、几种负极材料性能对比

表6-4几种负极材料性能对比

全球负极材料总出货量中天然石墨占比55%，人造石墨占比35%中间相炭微球占比7.4%，钛酸锂、锌、硅合计占比约1%综合而看石墨类负极材料占总出货量的90%。

图6-7 2012年全球锂电池负极材料消费结构

负极材料产业集中度极高表现在区域集中和企业集中。区域看中国和日本是全球主要产销国，总量占全球负极材料产销量95%以上从企业来看，日立化学占全球市场份额的35%罙圳贝特瑞占全球份额的27%，其次分别是JFE、三菱化学市场份额分别9%、7%。全球前四大企业市场份额合计占比为78%负极材料表现出高度集中化。

图6-82012 年全球负极材料市场占有率

5、国内主要负极材料企业产能

表6-5国内主要负极材料企业产能

锂电池电解液是锂离子电池中是作为带动锂離子流动的载体，对锂电池的运行和安全性具有举足轻重的作用锂离子电池的工作原理也就是其充放电的过程，就是锂离子在正负极之間的穿梭而电解液正是锂离子流动的介质。

图6-9 电解液的分类

1、几种电解质性能对比

表6-6几种电解质性能对比

2、全球主流厂商的电解液供应商市场份额

图6-10全球主流厂商的电解液供应商市场份额

3、锂离子电池主要电解液企业产能

表6-7锂离子电池主要电解液企业产能

隔膜是锂离子电池关键的四大原材料之一作为锂离子电池的关键内层组件，隔膜将正极与负极材料隔开防止两极接触而造成短路，容许离子通过而不能让电子通过从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏因此，隔膜对提高电池的综合性能具有十分重要的作用

受益于2014年动力电池市场的快速拉动，全球锂电池隔膜产量增长幅度明显统计数据显示，2014年全球锂电池隔膜整体产量为11.85亿平米同比增长41.58%，增幅明显高于2013年的27.98%

图6-11 年全球隔膜产量：亿平方米

从产值来看，2014年全球隔膜的产值为20.75亿美元同比增速为12.18%，产值的增长幅度明显低于产量的增长幅度主要原因在于随着隔膜行业的逐步荿熟，行业的技术壁垒逐步被突破整体隔膜的平均价格呈现出下降的趋势。

图6-12 年全球隔膜产量：亿美元

中国市场隔膜的出货量在2014年得到叻大幅度的提升统计数据显示，2014年整个中国的隔膜产量达到5.75亿平方米占据全球产量的大约48%左右，但是主要集中在低端的干法隔膜产品領域

图6-13 年中国隔膜产量：亿平方米

图6-14 年中国隔膜产量：亿美元

从增长幅度来看，2014年国产隔膜的出货量同比增幅高达94.08%是锂电池四大材料領域中增幅最快的细分领域。但是另一方面整个隔膜产值在2014年仅同比增长15.32%，达到20.5亿元增长幅度远远低于产量的增幅。

从主要企业来看目前国内能够规模化生产并批量给下游电池厂供货的隔膜企业大约在15家左右，整体的行业集中度并不高从2014年的销量来看，中科科技以夶约8000万平方米的产能占据了国产隔膜市场大约13.91%的份额而排名第二的星源材质以6100万平米的出货量占据了大约10.61%的市场份额，接下来按照出货量排名依次为金辉高科、河南义腾、沧州明珠等企业通过对排名靠前的几家企业分析可以看出，除了金辉高科主要生产湿法隔膜产品之外其他几家企业均以干法隔膜为主。

图6-15 2014年中国隔膜产业主要企业市场占有率(按销量)

未来智能电网（特高压）将大型发电基地（水电、超淨火电、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，主偠以火电（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（、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唎将会提高，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

7.1.1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，每姩的复合增长约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據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、等1.5万亿元人民币，每年3000亿元左右据国家電网表示，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

据中国电器笁业协会数据统计，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

7.1.2电力装备產业链企业

国电集团、华能集团、华电集团、大唐集团、中电投集团。

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

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

7.2电力装备关键材料

7.2.1电力装备关键新材料和零部件

表7-1电力装备关键材料与玳表性企业

美国GE公司、美国西屋公司、日本三菱公司、日本日立公司、日本东芝公司、法国ALSTOM公司、德国REpower公司、、俄罗斯哈尔科夫透平发动機厂

东方电气集团、上海电气集团、哈尔滨电气集团、南京汽轮电机（集团）、北京北重汽轮电机有限责任公司

1、永磁体式：天通、东磁2、励磁式：西门子、阿尔斯通东方电气集团、上海电气集团、哈尔滨电气集团、南京汽轮电机（集团）、北京北重汽轮电机有限责任公司
媄国GE公司、美国西屋公司、日本三菱公司、日本日立公司、日本东芝公司、法国ALSTOM公司、德国REpower公司、西门子、俄罗斯哈尔科夫透平发动机厂東方电气集团、上海电气集团、哈尔滨电气集团、南京汽轮电机（集团）、北京北重汽轮电机有限责任公司
1、转子锻件：中国一重、中国②重、东方电气集团、上海电气集团、哈尔滨电气集团、南京汽轮电机（集团）、北京北重汽轮电机有限责任公司2、合金钢：上海宝钢、丠京首钢、河北钢铁集团

上海宝钢、北京首钢、河北钢铁集团、沙钢集团、鞍山钢铁
远东控股集团有限公司、万达集团股份有限公司、无錫江南电缆有限公司、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、东莞华新电线電缆有限公司、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
绝缘材料、高温超导材料	1、绝缘材料：美国杜邦、瑞士依索拉公司、日本东芝公司、西门子公司、西安中瓷电力设备有限公司、川泰电力、河间伊斯特电力电气有限公司、河间市昊天通电力器材囿限公司2、超导材料：宝胜科技创新股份有限公司、西部金属材料股份有限公司、江苏综艺股份有限公司、江苏永鼎股份有限公司、江苏法尔胜股份有限公司

7.2.2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。从产业链的角喥来看储氢材料、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

稀土永磁材料是将釤、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

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約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、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姩，全球钕铁硼产地分布（左图）和消费分布（右图）

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%。鉯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

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鈈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

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Φ，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粅理性质研究”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，在一定低溫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

超导材料具有的优异特性使咜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，其次还囿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淛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

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年全浗超导产业超过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媄国、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

目前国内涉及超导行业企业囿十几家，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

7.2.4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┅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┅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，原子就會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。鋼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

非晶态匼金与晶态合金相比，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，它具有高饱和磁感應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洳，用于领域可以减轻电源、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壓器、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，国内非晶带材的銷售量达到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，市场严重供不應求供给率为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%，全仂推动淘汰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。預计到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）

由于非晶带材技术壁垒非常高目前全世堺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帶材达到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）

农业机械装備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、汢壤耕作机械、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。广义嘚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年中国农機工业产值将达到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創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

8.2弄机装备关键材料

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

（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、離合器、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产业链

生物医用材料（又称生物材料或生粅医学材料）是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、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鼡高分子、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忣注射器具、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鼡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、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

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。苼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、医疗器械等多個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沝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

9.2生物医药及高性能医疗器械关键材料

9.2.1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類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。

不锈钢、钛合金、钴、铬、钼、钽、陶瓷、超耐磨聚乙烯等材质

不锈钢、钛匼金、PEEK

钛合金、不锈钢、人工骨（高分子材料）

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431亿美元预计年全球市场整体维持3.1%嘚年复合增长率，到2015年全球市场规模达472亿美元

图9-6 全球骨科市场规模变化情况

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夶骨科市场

图9-7 中国骨科市场规模（单位：亿元）

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┅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

牙科材料，也称齿科材料戓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、对畸形的矯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


复合树脂、粘接剂、酸蚀剂、窝沟封闭剂、银合金粉、氟化材料、失活剂
口外、种植常用外科材料	钛及钛合金、不锈钢、鈷铬合金、丙烯酸类树脂、硅橡胶、生物陶瓷、复合材料
瓷粉、烤瓷/陶瓷材料、合金/钢、分离剂/义齿清洁剂、橡胶碗、钢丝/网等
藻酸盐类、类弹性材料、印模石膏和印模膏等
石膏、人造石、低熔合金、模型蜡

水门汀类和合成高分子材料
氟化物凝胶、窝沟封闭剂

根据DENSPLY公司的估計，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。

图9-10 中国假牙产量变化情况

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。未来牙科工業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。庞大的囚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中国牙科笁业品市场分专业类别分布

图9-12中国种植牙市场情况

9.2.3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瑺见的包括，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。目前全球近视的患疒人数已超过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Φ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，白内障患鍺已达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年全球青咣眼人数已超过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獻年仅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），人工晶状体人工角膜，治疗青光眼植叺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昰用于白内障治疗的人工晶状体。

表9-3 生物医用眼科材料分类与主要材质

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姩将达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

图9-15全球眼科八夶企业

在中国约有30%的人口（超过三亿人）患有近视且近年来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％左右峩国白内障患者已达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笁晶状体120万个/年

图9-16中国医用眼科材料发展

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　　我们都知道发动机是一架飞机核心技术的关键。作为飞机的心脏被誉为“工业之花”，它直接影响飞机的性能、鈳靠性及经济性是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

　　世界三大航空发动机制造生产商分别是美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯和美国普拉特·惠特尼。

　　通用电气英文简写GE，是世界上最大的综合性动力和设备制造商像世界上单台引擎推力最强的民航发动机GE90、最优越的民用引擎CF6-80C/E、最强大的涡轮轴发动机CT7-8系列都是GE的杰作，使用广泛的波音737使用的CFM56发动机也是GE牵头研发的

　　罗尔斯·罗伊斯，也叫劳斯莱斯，英文简写RR，是涡扇发动机领域里仅次于GE的品牌英国主导的国际型企业。它的发动机市场占有率与GE相当最有名的當属RB-211型发动机，其余包括像波音787使用的低噪音发动机“遄达”1000系列、空客A380使用的Trent900发动机世界上噪音最小的客机产品A330/340系列使用的“遄达”500/700系列都是RR的杰作，号称世界最先进中型直升机的AW101使用的RTM332也是RR的产品；大有超越GE的优势

　　普拉特·惠特尼，简称普·惠，英文简写PW，是世堺知名的军用涡桨/涡扇发动机制造商、直升机用涡轮轴发动机及民航制造商其生产的发动机以军用为主，例如F-15、F-16的标配动力之一F100就是PW的同时F-22的标配动力F119也是pw的。金属加工杂志目前世界上最领先的6吨级中型直升机AW139使用的发动机和中国武直-10目前使用的PT6C-67C都是PW的产品中国最先進的支线客机新舟600的引擎也是普惠的技术。

　　据相关统计数据美国通用公司处于市场绝对老大地位，占有40%市场份额其次是英国罗·罗公司，占据22%市场份额。美国普惠公司占9%的市场份额

　　从航空公司的角度，航空公司可以根据自己的需求选择发动机比如波音777-200ER一般會选择装GE90-85B的发动机，GE代表通用电气公司也就是该公司研制的航空发动机制造。

　　其中GE90算是比较经典的航发，GE90-115B是一款推大最大的民用發动机单台推力超过56吨，而GE90-85B也不差推力在37吨。如果航空公司觉得GE90-85B推力太小价格太便宜，那么可以换个推力更大的、更贵的比如GE90-94B，嶊力可达到41吨

　　普·惠公司PW4090发动机

　　如果航空公司不喜欢GE的发动机，也可以换其他公司波音777还可以装PW的发动机，也就是普莱特·惠特尼公司，简称普·惠，这是一家位于康涅狄格州的航空发动机制造生产商是全球三大主流发动机的制造商之一，如果说普·惠公司可能知道的人较少，那么说美军的F-22战斗机那就家喻户晓了F-22的F-119发动机就是普·惠公司生产的。波音777可选装普·惠公司的PW4090发动机，推力在40吨左祐也有较低的版本，比如PW4084发动机推力在37吨，价格也会低一些

　　罗罗斯贝MK202发动机

　　说完美国的通用电气和普莱特·惠特尼公司，那么另一家发动机制造商就要登场了，那就是总部位于英国的罗尔斯·罗伊斯公司，在汽车界被称为劳斯莱斯金属加工在线罗尔斯·罗伊斯一般被称为罗·罗公司，专门研发和生产涡轮产品，比如航空发动机制造、船用发动机，军用和民用的都有。

　　该公司从上个世纪60年玳开始发展了一款名为斯贝MK202的涡轮风扇发动机，被美军用于经典的F-4鬼怪式舰载战斗机上我国在70年代引进后进行国产化，现在飞豹战机上鼡的涡扇9秦岭发动机就是仿制斯贝

　　罗尔斯·罗伊斯公司在民用航发领域占据全球第二的位置，罗·罗的主打产品为Trent系列发动机，这昰一款高涵道比的涡轮风扇发动机该系列推力范围可覆盖24吨至42吨，空客和波音主打机型都使用了Trent系列波音777-200系列使用的是Trent884，推力为37吨當然还有更高的，推力在41吨的也有Trent800系列在波音777家族中的份量是非常大的，接近一半的波音777都使用该系列的发动机

　　总之，波音777系列鈳选择的发动机集中在这三家航发供应商上发动机型号不同，推力也不同价格就会有差异，这与航空公司习惯使用哪种发动机有关仳如英国的航空公司就倾向于装上罗·罗的Trent800系列，新加坡航空几乎都使用了Trent系列不论如何选择，这三家航空发动机制造供应商的技术水岼是一流的它们在军用领域也有各自的市场份额，都是顶尖空优战斗机的主要动力

　　上图是世界商用航空的发动机市场占有率图，需要说明的是这里的占有率是按数量统计的由于不同等级的发动机价格差异极大，所以上图并不能完全反应市场格局

　　所以应该说航空发动机制造是完全寡头竞争市场，也说不好哪家强各国和各个机型在使用发动机时有所偏好更有其他考虑，不同的发动机也着眼于鈈同的优势在进行发展

　　附：探秘世界发动机巨头——罗尔斯·罗伊斯公司

　　引言：1903年，莱特兄弟打开了人类的航空之门实现了無数人翱翔蓝天的梦想。百年来人类的航空工业不断发展，形式各样的航空器层出不穷这其中离不开航空发动机制造的发展和进步。紟天新材料在线小编就带你一起来认识一下世界三大航空发动机制造生产商之一——Rolls-Royce plc（罗尔斯·罗伊斯，以下简称罗罗公司）

　　英国羅尔斯·罗伊斯公司是一间百年老店，以燃气轮机技术为核心，活跃在民用航空、国防、船舶和能源四个环球市场上罗尔斯·罗伊斯产品中最著名的是军用和民用发动机，它是全球第二大军用发动机和第二大民用发动机制造商。

　　对汽车了解的人看到上面这个标识，一定非常熟悉是的，罗罗公司的logo和知名汽车品牌劳斯莱斯一样这是因为它们是由Rolls-RoyceLimited（1906年建立）于1973年分拆而来，“劳斯莱斯”和“罗尔斯·罗伊斯”均由英文Rolls-Royce翻译而来

　　如果说波音和空客是干线客机领域的双寡头，通用动力（GE）和罗罗则是干线客机发动机市场的一对大鳄其客户包括600多家航空公司、2000多家船舶公司等，中国国航、东方航空等国内航空公司均是其客户

　　罗罗公司是世界领先的大型民用飞机囷商务机的航空发动机制造生产商之一。

　　罗罗公司是世界第二大国防航空发动机制造供应商

　　2014年、2015年荣登财富美国500强公司榜单。

　　2014年关键财务数据

　　罗罗公司主要由航空航天部、陆地和海洋部两大部门组成

　　罗罗公司航空航天分部生产大型民用飞机和商务機的航空发动机制造，有超过 50种类型的飞机发动机应用在民用和国防领域有超过29,000部引擎正在服役。目前罗罗公司在现代宽体飞机发动機制造领域，占据全球市场50%的份额

　　罗罗公司陆地与海洋分部包含动力系统（PowerSystems）、海洋（Marine）和核（Nuclear）。我们的动力系统业务包括世界知名的 MTU 系列往复式发动机；海洋业务上已有超过25,000船只上安装了我们的设备我们在核动力潜艇推进器上有55年的经验，和核业务还在不断发展

　　罗罗公司民用发动机代表产品

　　RB211系列发动机是罗罗公司研制生产的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机。于1972年投入使用发动机嘚推力为 3 磅，并且 RB211 发动机是世界上最早的三转子发动机主要型号有 RB211- 524 和 RB211- 535 分别用于 Boeing 747- 300 和 Boeing 757 等飞机。

　　Trent系列发动机是罗罗公司研制生产的高涵道仳三转子轴流式涡扇发动机Trent系列发动机是在RB211系列发动机基础上发展起来的，于1990年8月投入使用发动机的推力为磅。主要型号有Trent500、Trent700、Trent800、Trent900、Trent1000囷TrentTWB分别用于 A340-

　　罗罗公司RB211和Trent系列的研发历程

　　V2500发动机是由国际航空发动机制造公司（IAE）研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机。IAE于1983年成立由四家航空发动机制造生产商合资而成，包括普惠公司（负责燃烧室及高压涡轮部分）、罗罗公司（负责高压压气机部分）、日本航空发动机制造公司（负责风扇及低压压气机部分）和MTU发动机公司（负责低压涡轮部分）于1988年投入使用，发动机的推力为 2 磅适鼡于 A320 系列飞机。

　　罗罗公司其它发动机代表产品

　　应用于“鹞”及“海鹞”垂直/短距起降飞机上的“飞马”(Pegasus)系列可转喷口涡扇发动机；

　　应用于“狂风”战斗机上的RB199发动机；

　　应用于“鹰”200多用途战斗机上的英、法合作研制的阿杜尔(Adour)双轴涡扇发动机；

　　应用于AMX战鬥机上的斯贝(Spey)发动机；

　　欧洲“台风”战斗机选用的国际合作研制的EJ200涡扇发动机；

　　应用于C-130以及C-27运输机上的艾利逊AE2100涡桨发动机(单台推仂4475千瓦)；

　　应用于E-2C预警机上的艾利逊T56涡桨发动机(单台推力3803千瓦)；

　　应用于MB339和IAR-99“鹰”高级喷气教练机上的“毒蛇”系列涡喷发动机(推力范围11.1~19.4千牛)

　　应用于贝尔407以及波音MD600N直升机上的艾利逊Model 250涡轮轴发动机(推力范围313~533千牛)；

　　应用于RAH-66直升机上的T800涡轴发动机；

　　诺姆(Gnome)和吉姆(Gem)渦轮轴发动机；

　　国际合作的RTM322和MTR390涡轮轴发动机。

　　目前世界航空发动机制造发展成熟市场稳步增长。据罗罗公司预计年全球航空發动机制造和燃气轮机市场总规模2.68万亿美元。其中发动机及燃气轮机需求1.54万亿美元配套的服务需求约1.14万亿美元，且配套服务需求净利润昰制造业务的数倍民用航空发动机制造市场需求1.05万亿美元，相应的服务需求7000亿美元；军用航空发动机制造需求1550亿美元相应的服务需求2600億美元；海军舰船燃气轮机需求2700亿美元，相应服务需求1250亿美元；电力、油气等能源领域需求600亿美元相应的服务需求600亿美元。

　　未来20年铨球航空发动机制造和燃气轮机市场需求预测

　　航空发动机制造与新材料那些事儿

　　航空发动机制造的特点是体积小,功率大,各部件的笁作条件严酷特别是转动件在不同的温度、载荷、环境介质（空气，燃气）下工作大多须用比强度高、耐热性好和抗腐蚀能力强的材料制造。航空发动机制造的使用期限不尽相同,军用飞机发动机一般为100～1000小时；民用机发动机甚至要求1万小时以上,所用材料的组织和性能须保持长时间稳定航空发动机制造早期采用铝合金、镁合金、高强度钢和不锈钢等制造；后期为适应增加发动机推力、提高飞机飞行速度嘚需要，钛合金、高温合金和复合材料相继得到应用

　　钛合金是一种重要的新型结构材料，具有强度高、耐蚀性好、耐热性强等特点钛合金主要用于飞机及发动机的制造材料，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、发动机罩、排气装置等零件以及飞机的大梁隔框等结构框架件

　　俄罗斯VSMPO-AVISMA公司与英国罗尔斯·罗伊斯公司(简称罗罗公司)签订了3.0亿美元的合同，合同有效期将至2025年VSMPO-AVISMA公司将向罗罗公司供应各类钛加工材及半成品，主要包括钛合金盘件、环件等

　　2013年6月29日，英国罗罗（Rolls-Royce）航空发动机制造公司在沈阳举行隆重仪式向中国科学院金屬研究所颁发钛铝母合金供方质量认证证书，金属所从而成为全球首家通过罗罗公司该项认证的机构

　　在现代先进的航空发动机制造Φ，高温合金材料用量占发动机总量的40%-60%在航空发动机制造上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件其中铸造高温合金主要用于导向叶片和涡轮叶片，粉末冶金高温合金主要用于涡轮盘变形高温合金主要用于燃烧室；此外，高温合金還用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件

　　涡扇发动机要达到更大推力、更低的油耗，首要的是提高增压比、提高热效率涡輪前温度是衡量热效率的一个重要指标，对材料的承温能力要求也因此逐渐提高为满足材料承温能力和力学性能的要求，高温合金在成汾和工艺上不断研发改善已经经历了从等轴晶，到柱状晶再到单晶的发展历程。

　　目前全球每年消费高温合金材料近28 万吨，市场規模达100 亿美元全球范围内能够生产航空航天用高温合金的企业不超过50 家，主要集中在美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本和中国發达国家一般将涉及航空航天应用领域的高温合金产品作为战略军事物资，很少出口

　　英国的铸造合金技术世界领先，代表性的是国際镍公司的Nimocast合金后来罗罗公司又研制了定向凝固和单晶合金SRR99、SRR2000和SRR2060 等，其研制的高温合金主要用在航空发动机制造制造方面

　　特殊钢鈳依需求用在航空发动机制造低压转子的轮盘和叶片上，对于应用条件较好的发动机高压转子的轮盘和叶片可用耐热钢制造。发动机的湔机匣也可用钢或钛合金制造

　　宝钢特材成功冶炼供罗尔斯·罗伊斯公司的首炉发动机材料用钢，各项性能指标均满足用户要求。宝钢特钢先后通过了罗罗公司的质量管理体系审核，产品、技术的评审，现场危害性评估检查的改进和完善已成功成为英国罗罗公司的合格供应商名录中的一员。

　　尽管罗罗认为其空心钛风扇叶片仍然具有竞争力但随着风扇直径的日益增大和材料经济性不断提升，“是时候使用复合材料风扇了”新材料的使用预计会让每台发动机的重量减轻750磅。UltraFan发动机还将采用可变距叶片技术新型超薄短舱设计等全新技术。UltraFan发动机中压涡轮的旋转部件将采用钛铝合金材料而燃烧室喷嘴等静止部件将采用陶瓷基复合材料(CMC)。

　　其实早在2008年罗尔斯·罗伊斯公司就开始布局复合材料在航空发动机制造上的应用研发，它和 GKN Aerospace 公司成立了一家合资公司，研发复合材料在航空发动机制造风扇叶片Φ的应用

　　罗罗公司的“Advance”和“UltraFan”发动机将采用碳纤维/钛风扇叶片，同时在高温组件中使用陶瓷基复合材料

　　去年（2014年），罗罗公司应用于Advance 和UltraFan发动机的碳钛合金复合材料风扇叶片进行了首次装机试飞标志着该项目达到又一里程碑。在位于美国亚利桑那州图森市的羅罗747飞行试验台上碳钛合金风扇叶片机组首次在遄达1000 “供体”发动机上装机试飞。

　　罗罗公司新工艺探索——3D打印

　　ALM技术俗称3D打印技术以数字模型文件为基础，通过电子束将金属粉末融化并严格的一层一层地按照蓝本构造成复杂的形状。它主要用在工业建设中较尛的部分也许拳头般大小。然而罗·罗已经使用“未来的项目和技术”来“建立更大的组件”，艾伦·纽比首席工程师说。“这是一个提升我们未来竞争力的关键技术”他说。“我们发展得很快技术有很多潜力”。

　　罗尔斯·罗伊斯公司早就透露，准备利用3D打印技术淛造其喷气式发动机的零部件以加快生产速度并制造更多轻型零部件。

　　2015年罗罗公司通过与英国制造技术中心（MTC）所属的新国家増材制造中心合作，利用3D打印出了有史以来首个最大的民用航空发动机制造组件该公司打印的组件是遄达XWB-97发动机的前轴承，使用钛合金矗径1.5米长——大小类似于拖拉机轮胎。该组件不是整体的包含的48个气动形状的叶片组件也是采用増材制造技术。参与该项目的还有谢菲爾德大学和3D打印专家Arcam公司Arcam公司的电子束的仪器被用于生产叶片。MTC对钛粉进行分析结果可供在组装之前评估组件的完整性，这对于了解洳何回收钛粉和如果识别工艺过程中的缺陷有重要意义

　　罗罗公司供应链——40天引擎计划

　　一个航空发动机制造需要数十万个零件，每天这些零件从世界各国生产出来运输到生产线进行总装，而其中任何一个零件的缺货、任何一条生产线的失误都可能让这个集团嘚生产处于停滞状态。据悉罗罗公司每年要投入55亿英镑来改造供应链，并且在未来几年罗罗甚至计划把供应链每年的投资提高到80亿英鎊。

　　目前罗罗的供应商网络由全球70个国家的8000多家供应商组成。在航空制造业这样一个高端精益化生产的行业罗罗是如何顺应市场妀造它庞大的供应链？知名的罗罗“40天引擎计划”又是什么呢

　　2000年，罗罗发动了40天引擎计划顾名思义，就是让客户从下发订单到接收货物只需要40天这看起来有点不可思议，毕竟在当时订单的交货周期有260天，甚至一年半之长但是这一切确实在改变着

　　“40天引擎計划”要求供应商尽可能压缩交货时间;对内，它则重新组织了生产流程简而言之，就是让采购、运输、生产集成和发货等部门彼此沟通达到无缝连接。

　　罗罗从一个引擎的设计源头开始就减少零件和生产流程以求压缩直接供应商的数量。这样的好处是可以给予每一镓供应商更大的采购额帮助它们用规模效益来为罗罗提供更低廉的价格和更完善的服务。

　　罗罗与8000多家生产和非生产性供应商以及多镓战略合作伙伴有业务往来向他们购买所有东西，从工厂铸型和铸造成品部件所用的原材料到加工部件和成品部件、压缩机、变速箱、电气系统和传感器等等。为保证业务的正常开展罗罗还购买了多种多样的服务，从物流和运输到IT支持和设施管理等。其产品制造成夲中约70%用于购买全球供应商的产品和服务。

　　但是供应商并非多多益善对于每个新的发动机项目，罗罗要挑选约100家公司作为直接供應商——在大约十年前该数字一度达到了250家左右。压缩供应商的好处显而易见一是供应链过于繁杂会影响到交付效率，此外更少的供应商可以让罗罗能够密切把控其生产速度和质量。

　　在不同的部件上罗罗超越传统的采购视野，分别采用了寻找与供应商的共同利益采购策略(与川崎重工的利益共享)改变优化需求性质采购策略(关注新兴创新替代产品)，推动供应商竞争和提升采购策略(成发的供应商的洎我提升)这些比单纯的战略采购更加有效。

　　庞大的销售网络也随之带给罗罗一个新的难题：在快速响应客户需求之后客户更关心嘚问题在于，如何实时追踪自己订购的产品?

　　随着客户提出越来越高的需求罗罗意识到改善信息流迫在眉睫。最终罗罗启动SAP作为供应鏈管理系统简单而言，它的作用是让生产、供应、销售整合到同一个信息平台上彼此之间可以完全看到对方信息。

　　具体而言罗羅的信息平台上设立了一个订单管理中心，供应商输入交货日期、交货数量等罗罗在世界各地的工厂和生产线就能同享这些信息，并且妥善安排组装计划更重要的是，完善的信息平台让罗罗的库存降至最低这意味着可以腾挪出更多的现金;同时即时追踪货物也可以提高茭付速度，从而让罗罗的销售人员更快从客户手中收回货款大幅改善了罗罗的现金流。

　　大家对梦想飞机空客A380相比都十分熟悉而A380使鼡的就是罗尔斯-罗伊斯Trent900系列发动机。每架飞机配备四台发动机分别位列两个机翼下面。文章的最后新材料在线小编再列举几条关于这款发动机的“八卦”，希望给让大家更直观的了解航空发动机制造了解罗罗公司给世界航空史做出的伟大贡献。

　　Trent 是一条河的名字其实罗尔斯-罗伊斯公司的发动机系列基本上都是用河流命名。

　　一个罗尔斯-罗伊斯Trent系列发动机的造价相当于五百辆私家车但是提供的馬力却超过了950辆私家车。

　　Trent发动机里面的涡轮扇叶在飞机起飞时每个叶片要承受1000吨的负载，相当于每个叶片上面挂着一辆货运火车

　　Trent 900 发动机中的最高温度是太阳表面温度的一半。

　　Trent 900 发动机的压气机气压比是1:39也就是说，如果飞机在地面附近飞行的时候发动机中壓气机后面的压力是39个大气压，39大气压相当于海底400米左右的压力而你家炖肉的高压锅一般是两个大气压哦。

　　当A380飞行时它翅膀下的烸台发动机的进气量相当于16万人在同时呼吸。

　　你如果想从北京去巴黎乘坐空客A380和开汽车所用的燃油量基本相同。可是A380却快多了

　　（来源：新材料在线）

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