不只是芯片 那些被卡脖子的高端材料

发表于:2018-06-13 来源:材料人
关键词: 芯片 卡脖子 高端材料

十亿美金罚款,外加四亿美金的保证金,以此换回美国十年缓刑,引发全网大讨论的中兴被制裁事件算是告一段落。十四亿这个数字,让网上很多人联想到百年以前的辛丑条约,当年中国人是四亿五,赔款刚好是四亿五,一人一两。

中兴一家之事,除了引发对遵守商业规则的讨论之外,更多的是对芯片被卡脖子扼腕。其实,芯片只是被卡脖子的产品中最典型、最熟知的一种,还有很多产品因自主化不够而仰人鼻息。下面我们列举一些严重依赖进口的重要行业用材料:

高端轴承钢

轴承,相比接触过机械的人们都熟悉,支撑机械旋转体,降低其摩擦系数,并保证其回转精度。在一些特殊领域,机械的运转对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求。那么,要使轴承得到这些要求,其材质是决定性因素之一。

然而,高端轴承用钢几乎全部依赖进口。目前,世界轴承巨头美国铁姆肯、瑞典SKF几乎垄断了全球高端轴承用钢的研发、制造与销售。

起落架用钢

近日,国内民航业发生了四川航空紧急迫降事件,在英雄机组成员的应对之下危机得到解决。除了机长精湛的技术之外,接受科技日报采访的中国民航大学一位学者这样说道,“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。”

飞机降落时,起落架不仅需要承载飞机的自重,还有飞机垂直方向的巨大冲力载荷,这就对起落架用钢提出了严格的要求。不仅如此,起落架的寿命与机体同寿,一般需要达到到30000-60000次。一架起飞总重量超过100吨的大飞机,起落架用特种高强度钢就需要大约15吨。

目前,由美国国际镍公司研发的300M钢是落架最常用的钢材,其强度在1900MPa—2100MPa。美国9成飞机使用的是300M钢。从目前来看,300M钢制作的起落架世界第一位置还无法撼动。

2009年,宝钢特钢集团开始了300M超高强度钢的研制攻关,并于2017年成功通过了供应商认证,意味着国产大飞机C919的后续机型有望在起落架用钢实现国产化。

重型燃气轮机叶片

在材料人之前的文章里曾介绍过航空发动机叶片为何那么难做,其实重型燃气轮机叶片难度也可与之匹敌。重型燃气轮机叶片的工作温度也在1400℃—1600℃。除了高温,叶片同时还在以极高速旋转。高速旋转导致涡轮叶片必须承担极高的离心力。所以,叶片既要耐极高温,又要低蠕变,耐疲劳、力学性能还要好。为了达到要求,轮机叶片多用单晶,叶片做成中空,表面还要覆盖陶瓷涂层、冷却气膜。而且,叶片的制作任何一项技术参数都不能有丝毫偏差。

美国GE、日本三菱、德国西门子、意大利安萨尔多4家垄断了重型燃气轮机市场。当前,我国尚缺乏大量基础研究支撑和长期试验验证及经验积累,难以在短时间内实现国产化。

光刻胶

前段时间,中国芯片加工企业中芯国际向全球最大的芯片设备制造商—荷兰ASML订购了一台最先进的EUV光刻机,这台机器的价格高达1.2亿美元。据业内介绍,ASML一年只能生产十来台光刻机,有钱也不一定买得到。之所以这么贵,是因为光刻技术决定了集成电路的集成度。不过,受制于人当然不只是光刻机,还有光刻胶。

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大产业。因其复杂的成分和工艺,光刻胶研发难以突破。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题众多,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。

目前,光刻胶全球市场基本被日本合成橡胶(JSR)、东京应化(TOK)、住友化学、美国杜邦、台湾长兴等垄断。

当前,我国仍然存在上游关键原材料短缺,未掌握先进工艺,同时也缺乏经验和专业人才等问题。

ITO靶材

ITO(氧化铟锡)薄膜具有很好的导电性和透明性,是晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、电致发光显示器(EL/OLED)、触摸屏(TouchPanel)、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。

要将ITO成功镀到平板玻璃上,首先需要将其制成标准尺寸的固体靶材,然后用电子轰击靶材上,使其溅射到基底上(玻璃基板或柔性有机薄膜)沉积下来。ITO靶材的制备需要将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,形成黑灰色的陶瓷半导体。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。

目前,大尺寸ITO靶材市场由日本三井、东曹、日立、住友、VMC和韩国三星、康宁等公司垄断。

当前,我国在大尺寸烧结炉等设备、高温烧结技术工艺、生产效率存在不少差距。

以上仅列举为数很少的尚未自主化的材料产品。

但是,我们也要看到,过去十年,很多材料领域从无到有,从低端到中端,国内逐步推出了具有竞争力的产品,让国外企业退缩到高端领域。未来十年,拭目以待。

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