Los materiales de última generación se han convertido en el arma pesada del país, tomando la delantera en tres direcciones para despegar

Con el apoyo de políticas nacionales para nuevos materiales y sus productos finales en los campos aeroespacial, militar, electrónica de consumo, electrónica automotriz, electrónica fotovoltaica, biomédica, la demanda del mercado continúa expandiéndose y los requisitos para el rendimiento del producto continúan mejorando. Con la rápida expansión, los requisitos para las capacidades de investigación y desarrollo de las empresas y los investigadores científicos aumentan constantemente.

Las industrias de electrónica de consumo, nuevas energías, semiconductores, fibra de carbono y otras industrias están acelerando su transferencia a China, y existe una necesidad urgente de localización de nuevos materiales. La sustitución de importaciones seguirá promoviendo el desarrollo futuro de la inversión en la industria de nuevos materiales de mi país.

Una de las nuevas direcciones de materiales: materiales ligeros

1. Fibra de carbono

Los materiales de fibra de carbono se utilizan en la industria aeroespacial, energía eólica, deportes y ocio, automóviles y otros campos con sus excelentes propiedades. Son los materiales más utilizados y orientados al mercado en el campo de los nuevos materiales, y son conocidos como "el rey de los nuevos materiales". La demanda del mercado mundial de fibra de carbono ha crecido rápidamente en los últimos años, y mi país también ha aprovechado la oportunidad de convertirse en el segundo mayor productor de fibra de carbono del mundo.

Sin embargo, en comparación con países extranjeros, la industria de fibra de carbono de mi país todavía tiene problemas de baja capacidad de utilización, pocos productos de alta gama y difícil aplicación y desarrollo. La industria transformadora todavía depende en gran medida de los productos de fibra de carbono importados. En el entorno internacional actual, darse cuenta de la autonomía dual de la producción a escala de fibra de carbono y el desarrollo de aplicaciones es la clave para mejorar la defensa nacional y la fuerza de fabricación de mi país y garantizar la estabilidad de la cadena de suministro.

La fibra de carbono (Carbon Fiber) es una fibra inorgánica de estructura de columna vertebral de carbono con un contenido de carbono superior al 90 por ciento formada por la pirólisis y carbonización de fibras orgánicas como el poliacrilonitrilo (PAN) (o brea, viscosa) en un ambiente de alta temperatura, como un alto -Material de actuación. Producido en la década de 1960.

La fibra de carbono tiene excelentes propiedades mecánicas y estabilidad química: como la fibra con la fuerza específica más alta (densidad específica de fuerza) y la rigidez específica más alta (densidad específica de módulo) entre las fibras de alto rendimiento que actualmente se producen en masa, la fibra de carbono es un parte importante de la industria aeroespacial, energía eólica Materiales ideales para palas, vehículos de nueva energía y otros campos con requisitos de peso ligero. Las características de resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y pequeño coeficiente de expansión lo convierten en un sustituto de los materiales metálicos en entornos hostiles; además, las propiedades de conductividad eléctrica y térmica amplían su aplicación en el campo de la electrónica de comunicaciones.

De acuerdo con el número de filamentos en cada paquete de fibras de carbono, las fibras de carbono generalmente se dividen en dos categorías: estopa pequeña y estopa grande. El remolque pequeño tiene un mejor rendimiento pero un precio más alto, y generalmente se usa en campos de alta tecnología como la industria aeroespacial y militar, así como en artículos deportivos de alta gama; El remolque grande tiene un costo menor y se usa a menudo en industrias básicas, incluidas la construcción civil, el transporte y los equipos de energía, etc.

2. Panel de carrocería de automóvil de aleación de aluminio

La aleación de aluminio es la aleación más utilizada en la industria y ha sido ampliamente utilizada en las industrias de aviación, aeroespacial, automóvil, fabricación de maquinaria, construcción naval y química. Bajo la guía de la política nacional de conservación de energía y reducción de emisiones, es difícil para la industria automotriz cumplir con los cada vez más estrictos estándares nacionales de emisiones de combustible solo optimizando el consumo de energía de los automóviles por diseño. Por lo tanto, el aligeramiento de automóviles es la dirección de desarrollo determinada por la industria.

La aleación de aluminio es el principal material ligero en la industria automotriz. Entre ellos, la chapa de la carrocería de aleación de aluminio (ABS) se utiliza en la carrocería más pesada del automóvil y es el material clave para lograr el objetivo de ligereza. En la actualidad, mi país ha ido abriendo gradualmente el mercado nacional de aleaciones de aluminio para automóviles, e incluso algunas empresas han comenzado a exportar, incluidas empresas nacionales y extranjeras que producen en fábricas nacionales. La localización de los paneles de carrocería de aleación de aluminio es la clave para mejorar la competitividad de la industria automotriz de mi país y ayudar al país a lograr el objetivo de conservación de energía y reducción de emisiones.

La segunda dirección de nuevos materiales: materiales aeroespaciales

1. Poliimida

Los materiales de poliimida (PI) tienen un alto valor de aplicación en muchos campos de vanguardia, como la industria aeroespacial, los componentes electrónicos de alta gama y los semiconductores, y desempeñan un papel importante en la renovación e iteración de materiales. En la actualidad, la demanda del mercado global de poliimida continúa creciendo, pero la producción en masa de muchos productos PI de alta gama y productos PI funcionales especiales todavía está monopolizada por algunos países desarrollados, y las tecnologías de producción relevantes están estrictamente protegidas.

En la actualidad, mi país ha logrado una producción a gran escala en el campo de las películas y fibras de PI de gama baja, y ha logrado competitividad mundial en el campo de las películas de PI de grado eléctrico. Sin embargo, las películas de PI de alta gama y otros productos de PI de alta gama todavía enfrentan el problema de "cuello atascado" o capacidad de producción insuficiente, lo que resulta en un evidente desequilibrio estructural entre la oferta y la demanda. Irrumpir en la producción en masa de productos de poliimida de gama alta es de gran importancia para la mejora de la industria manufacturera de mi país, la mejora de los armamentos y la capacidad de control independiente.

La poliimida (PI) es un material de polímero orgánico con excelentes propiedades integrales y es conocido como "uno de los plásticos de ingeniería más prometedores del siglo XXI". El material se puede utilizar en un amplio rango de temperatura, puede funcionar en un entorno de -200 a 300 grados durante mucho tiempo y puede soportar altas temperaturas superiores a 400 grados durante un corto tiempo.

La poliimida no tiene un punto de fusión obvio y es el material polimérico más resistente a altas temperaturas que se puede usar en la práctica en la actualidad. Al mismo tiempo, el material también tiene las características de alta rigidez dieléctrica, resistencia a los solventes, resistencia a la radiación, aislamiento térmico, no tóxico, absorción de sonido y reducción de ruido, y fácil instalación y mantenimiento.

En la actualidad, la poliimida se ha utilizado ampliamente en la industria aeroespacial, de construcción naval, de semiconductores, electrónica, nanomateriales, pantallas flexibles, láser y otros campos. Según la forma específica del producto, la poliimida se puede subdividir en espuma PI, película PI, fibra PI, compuesto de matriz PI, PSPI y otros productos.

2. Fibra de carburo de silicio

La fibra de carburo de silicio (fibra SiC) es otro nuevo tipo de fibra de alto rendimiento desarrollada después de la fibra de carbono, y es un material emergente estratégico nacional. En la actualidad, el valor de aplicación de los compuestos de matriz cerámica fabricados con fibras de carburo de silicio en el campo de los motores aeronáuticos es muy significativo. Los países desarrollados occidentales han aplicado con éxito dichos productos para mejorar muchas partes de los motores aeronáuticos y mejorar la eficiencia de los motores aeronáuticos. Con la mejora adicional del rendimiento de la fibra de carburo de silicio y la optimización gradual del proceso de producción, se espera que el material se aplique en más componentes de motores aeronáuticos en el futuro, y se espera que se amplíe a otros campos civiles de alto valor. , con un amplio espacio de mercado potencial.

La tercera dirección de nuevos materiales: materiales semiconductores.

1. oblea de silicio

Las obleas de silicio se encuentran en la parte superior de la cadena de la industria de los semiconductores y son las principales materias primas para los dispositivos semiconductores y las células solares. Se utilizan principalmente en campos fotovoltaicos y de semiconductores. La demanda de aguas abajo ha ido en aumento en los últimos años. En cuanto a diferentes campos, la mayor parte de la capacidad de producción de obleas de silicio fotovoltaico se concentra en mi país. Las empresas líderes como Zhonghuan y LONGi tienen una gran fortaleza y niveles de tecnología de producción líderes en el mundo. En comparación con las obleas de silicio fotovoltaico, las obleas de silicio semiconductor tienen procesos de producción y escenarios de aplicación más complejos. Sin embargo, la industria de obleas de silicio semiconductor de mi país comenzó tarde y su nivel de desarrollo es relativamente atrasado. El mercado mundial está monopolizado por los fabricantes japoneses. Las principales obleas de silicio de 12-pulgadas del mercado aún no han alcanzado la producción a gran escala en mi país y dependen en gran medida de las importaciones. , Las empresas nacionales representadas por la industria del silicio de Shanghai se esfuerzan por romper las barreras técnicas y existe un amplio espacio para la localización y la sustitución.

El silicio es un buen material semiconductor con buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la radiación, y es especialmente adecuado para fabricar dispositivos de alta potencia. Usando silicio como materia prima, se fabrica una barra de silicio tirando de un solo cristal y luego cortándolo para formar una oblea de silicio. Las obleas de silicio se utilizan principalmente en los dos campos principales de semiconductores y fotovoltaicos. Las obleas de semiconductores tienen requisitos más altos que las obleas fotovoltaicas en términos de cristal, forma, tamaño y pureza. La pureza de las obleas de silicio fotovoltaico requiere un contenido de silicio entre 4N-6N. (99,99 por ciento -99,9999 por ciento), las obleas de silicio para semiconductores son alrededor de 9N-11N (99,9999999 por ciento -99,999999999 por ciento), el proceso de producción es más complicado y las aplicaciones posteriores también son más extensos. Las obleas de silicio para semiconductores se ubican en la parte más alta de la cadena industrial y se utilizan principalmente en circuitos integrados, dispositivos discretos y sensores. Son los materiales clave para la fabricación de chips y afectan el desarrollo de otras industrias posteriores, como automóviles y computadoras. Son la piedra angular de la cadena de la industria de los semiconductores.

La industria fotovoltaica es una de las industrias emergentes estratégicas nacionales. Las obleas de silicio fotovoltaico se encuentran en la parte superior de la cadena de la industria fotovoltaica, y su demanda ha ido en aumento en los últimos años. Según la previsión de CPIA, la capacidad instalada anual del mercado fotovoltaico mundial alcanzará los 150 GW en 2021. perspectivas de mercado y desarrollo. mi país es el mayor productor mundial de obleas de silicio monocristalino para energía fotovoltaica. Según las estadísticas de la Rama de la Industria del Silicio de la Asociación de la Industria de Metales No Ferrosos de China, a finales de 2019, la capacidad de producción de obleas de silicio monocristalino de mi país era de 115 GW, lo que representa el 97,6 % del total mundial. Las empresas líderes LONGi y Zhonghuan ocupan más del 50 por ciento de la cuota de mercado nacional de obleas de silicio monocristalino y, en el proceso de expansión continua de la capacidad de producción, las nuevas empresas de energía CNC y Beijing Express también están acelerando la expansión de la producción.

Beneficiándose del progreso tecnológico de los productos semiconductores y el aumento en la categoría de bienes de consumo electrónicos relacionados con la producción, la demanda de obleas de silicio semiconductor ha aumentado año tras año y la escala ha seguido creciendo. En 2020, los envíos mundiales de obleas de semiconductores alcanzarán los 1241 millones de pulgadas cuadradas. El tamaño del mercado global de obleas de silicio ha alcanzado alrededor de 11 mil millones de dólares estadounidenses, y la perspectiva del mercado de obleas de silicio semiconductor es amplia.

Debido a las altas barreras técnicas en la industria de obleas de semiconductores, la industria global de obleas de semiconductores de hoy en día está monopolizada por gigantes, con un alto grado de concentración, y la cantidad de fabricantes en China continental es pequeña. En 2020, los cinco principales proveedores de obleas de silicio del mundo son Shin-Etsu, Japón, SUMCO, Taiwán, China, GlobalWafers, Silitronic de Alemania y SKSiltron de Corea del Sur. La cuota de mercado total supera el 80 por ciento, y la cuota de mercado de la industria del silicio de Shanghai, un fabricante local en la parte continental de mi país, es de aproximadamente el 2,2 por ciento, y el volumen es relativamente pequeño.

Cuanto mayor sea el tamaño de la oblea, mayor será la eficiencia de producción por oblea. Desde la década de 1970, las obleas de silicio se han desarrollado en la dirección de un gran tamaño. Hoy en día, la oblea de silicio producida en masa más grande del mundo es de 300 mm, que es una oblea de silicio de 12-pulgadas.

La demanda de obleas de 12-pulgadas ha aumentado en los últimos años. Según el pronóstico de Shengco de Japón, la CAGR de 12-obleas de pulgada en 2020-2024 puede alcanzar el 5,1 por ciento. La capacidad global de producción de obleas de semiconductores se concentra principalmente en los gigantes de la industria. las obleas de semiconductores de mi país comenzaron tarde y se desarrollaron relativamente hacia atrás. Solo unas pocas empresas tienen la productividad de obleas de 200 mm (8-pulgadas). Las obleas de 12-pulgadas de mi país no estaban disponibles antes de 2017. Todas dependen de las importaciones.

La producción de obleas de silicio grandes tiene altos requisitos en cuanto a la pureza del silicio, y también tiene requisitos muy altos en la tecnología de procesamiento de biselado y rectificado de precisión. el nivel tecnológico de mi país es atrasado y aún no se ha logrado la producción a gran escala de obleas de silicio de 12-pulgadas. La industria del silicio de Shanghái logró ventas a gran escala de obleas de silicio de 12-pulgadas en 2018, rompiendo la situación en la que la tasa de producción nacional de obleas de silicio de gran tamaño era 0.

Las obleas de silicio de 12-pulgadas siguen siendo la corriente principal del mercado actual de obleas de silicio, los fabricantes nacionales tienen la oportunidad de ponerse al día y todavía hay un gran espacio para el reemplazo doméstico de obleas de silicio de gran tamaño. Con el fin de promover el proceso de localización de obleas de silicio semiconductor, un material importante, el gobierno chino también ha emitido una serie de políticas para apoyar el desarrollo industrial, promover la I+D y la fabricación de obleas de silicio de gran tamaño y promover el desarrollo de semiconductores. industria.

2. Carburo de silicio (SiC)

El carburo de silicio es un material semiconductor de tercera generación con un rendimiento muy superior y es una materia prima importante para los dispositivos de potencia. En los últimos años, los países han invertido una gran cantidad de mano de obra y recursos materiales para desarrollar industrias relacionadas. El umbral para la industria del carburo de silicio es relativamente alto y el nivel de tecnología de producción en mi país es relativamente atrasado. La estructura industrial actual se caracteriza por el predominio de los Estados Unidos. Solo Cree representa el 62 por ciento de la cuota mundial de obleas de carburo de silicio conductor. El mercado del carburo de silicio tiene amplias perspectivas de desarrollo. En los últimos años, ha penetrado continuamente en los campos de vehículos eléctricos, fotovoltaicos, tránsito ferroviario y redes inteligentes. Tiene una fuerte demanda aguas abajo y la escala del mercado continúa expandiéndose. mi país también está trazando toda la cadena de la industria del carburo de silicio. El número de patentes relacionadas ha seguido aumentando este año. La cuota de mercado de los fabricantes de chips representados por Tianke Heda también aumenta año tras año. El espacio de desarrollo futuro de la industria del carburo de silicio de mi país es relativamente alto. grande.

El carburo de silicio es el material semiconductor de banda prohibida ancha más maduro y un material representativo de la tercera generación de materiales semiconductores. El material de carburo de silicio tiene muchas ventajas: propiedades químicas estables, alta conductividad térmica, pequeño coeficiente de expansión térmica, resistencia al desgaste y alta resistencia a la presión. En comparación con productos con los mismos parámetros eléctricos, los productos que utilizan materiales de carburo de silicio se pueden reducir en un 50 % en volumen y en un 80 % en pérdida de energía. Debido a estas características, los países de todo el mundo otorgan gran importancia a los materiales de carburo de silicio y han invertido mucha energía para promover el desarrollo de industrias relacionadas. Los principales gigantes de semiconductores en China también han invertido mucho en el desarrollo de dispositivos de carburo de silicio. Con la madurez de los procesos técnicos y la disminución de los costos de producción, se aplica a varios dispositivos de potencia. En los últimos años, la tasa de penetración de los dispositivos de potencia de carburo de silicio en el campo de los vehículos de nuevas energías ha seguido aumentando, y es el futuro de los dispositivos de SiC y GaN en el campo de las comunicaciones de nuevas energías y 5G. materias primas importantes.

Según Yole, se espera que el mercado mundial de dispositivos de energía de SiC para automóviles alcance los 1930 millones de USD para 2024, lo que corresponde a una tasa de crecimiento compuesto del 29 % de 2018 a 2024. Según el prospecto de Tianke Heda, la proporción de carburo de silicio los dispositivos de potencia en inversores fotovoltaicos alcanzarán el 50 por ciento en 2025, y la proporción de dispositivos de carburo de silicio en el tránsito ferroviario también aumentará gradualmente.

Impulsado por la demanda de vehículos eléctricos e inversores fotovoltaicos, según el pronóstico de Omdia, se espera que el mercado emergente de semiconductores de potencia de carburo de silicio y nitruro de galio supere los mil millones de dólares estadounidenses en 2021; Según datos de IHS Markit, el tamaño del mercado de los dispositivos de energía de carburo de silicio en 2018 fue de alrededor de US $ 390 millones, beneficiándose del crecimiento de la demanda de vehículos de nueva energía y el desarrollo de la industria fotovoltaica.

Se espera que el tamaño del mercado de dispositivos de energía de carburo de silicio supere los 10 mil millones de dólares estadounidenses para 2027, y el impulso de crecimiento de la industria del carburo de silicio es suficiente.