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經(jīng)李克強總理簽發(fā)的《中國制造2025》全面部署了制造強國戰略。這是我國實(shí)施制造強國戰略第—個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。根據規劃,我國將通過(guò)“三步走”實(shí)現制造強國的戰略目標,其中第—步,即到2025年邁入制造強國行列。規劃將“智能制造”定位為中國制造的主攻方向,而稀有金屬作為“電子金屬”,在智能化升級中將扮演關(guān)鍵角色。
什么是智能制造
智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)是一種由智能機器和人類(lèi)共同組成的人機一體化智能系統,能在制造過(guò)程中進(jìn)行智能活動(dòng),諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過(guò)人與智能機器的合作,可擴大、延伸和部分取代人類(lèi)在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。智能制造更新了制造自動(dòng)化的概念,將其擴展到柔性化、智能化和高度集成化。也就是說(shuō),智能制造可以通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的智能化提高產(chǎn)品精度、突破核心零部件的生產(chǎn)技術(shù)、提高制造產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。
智能制造的要素包括對人才和設備的需求,而對設備的需求是重中之重。智能化設備要求信息傳輸終端具備可以代替人的感覺(jué)、甚至超越人的感覺(jué)靈敏度。這就需要有特殊功能的材料,而金屬和半導體是 材料。
智能制造中的稀有金屬
眾多稀有金屬材料中,銦、鍺、鎵、鎢、鉍、鈷、銻、釩、銠、硒、碲和各種稀土材料具備特殊功能,因而滿(mǎn)足了智能制造設備和智能生活設施的需求。例如,金屬銦具有導電透明的特性,是生產(chǎn)各種LED液晶顯示屏的理想材料,近兩年來(lái)在觸控面板上發(fā)揮了巨大功能。對于追求更方便、更舒適的客戶(hù)體驗的年輕人來(lái)說(shuō),各種透明的觸控玻璃將成為生產(chǎn)的重要組成部分。被看好的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池也是基于銦材料的良好導電和透光性,這種光伏薄膜電池具有其生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著(zhù)特點(diǎn),是《中國制造2025》中新能源應用中潛力巨大的部分。
稀有金屬鍺則是智能制造過(guò)程中萬(wàn)物互聯(lián)的基礎,而未來(lái)智慧城市的建設皆以高速和萬(wàn)物互聯(lián)的信號傳輸為基礎。鍺具有高折射率、低色散、易加工、機械強度良好、不吸潮等優(yōu)點(diǎn),因而在紅外和光學(xué)元件中成為具吸引力的材料。光纖級四氯化鍺可用于光纖生產(chǎn),主要用于發(fā)揮光纖摻雜和光電轉化作用,光纖用鍺約占30%。工信部投資4300億進(jìn)行寬帶改造,實(shí)現“光進(jìn)銅退”。在實(shí)現光纖網(wǎng)絡(luò )全覆蓋的同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò )信號傳輸速度。鍺將在智能制造設備和產(chǎn)品中用于各種紅外傳感、熱敏元件的制造;在航空航天和軍事方面作為紅外導航等方面是關(guān)鍵材料,是實(shí)現制造強國制造的基礎。
這些稀有金屬和稀土材料已經(jīng)被廣泛應用于各種智能設備中。隨著(zhù)科技的發(fā)展和人類(lèi)需求的增加,未來(lái)應用范圍將更加廣泛。
綠色制造和新能源同樣需要稀有金屬
2014年三位日本科學(xué)家因發(fā)明氮化鎵而獲得諾貝爾物理學(xué)獎,稀有金屬鎵也走入人們的視野。這種節能環(huán)保的照明材料將在《中國制造2025》中繼續發(fā)揮綠色制造的作用。另外,作為未來(lái)重要的硅芯片升級替代材料砷化鎵的應用同樣值得期待。
精密機床設備是生產(chǎn)高精度零部件的必備設備,素有“工業(yè)牙齒”之稱(chēng)的金屬鎢是其合金材料的關(guān)鍵元素。目前我國各種機床、刀具生產(chǎn)能力和水平低下,每年需花高價(jià)進(jìn)口國外高機床和刀具以滿(mǎn)足國內生產(chǎn)航空航天和精密儀器等的生產(chǎn)需求。
各種稀有金屬在智能制造中的作用日益凸顯,而稀土的作用同樣也被推上了風(fēng)口。這也是中國政府在WTO稀土案敗訴后力推國內稀土資源整合、嚴厲打擊非法開(kāi)采、對開(kāi)采進(jìn)行總量控制的原因。
稀土有“工業(yè)黃金”、“工業(yè)維生素”之稱(chēng),具有優(yōu)良的光電磁等物理特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料,其十分顯著(zhù)的功能就是大幅提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。不僅是軍事方面制造殺手锏武器的元素,也是電子、激光、核工業(yè)、超導等諸多高科技的潤滑劑。
在中國未來(lái)十年的發(fā)展中,綠色制造是所有制造和智造的前提,而新能源產(chǎn)品的生產(chǎn)和應用將被提上重要日程。稀土永磁材料可以替代以往的石化燃料,為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供動(dòng)力保證。
資源安全被各國愈加重視
稀有金屬和稀土資源被各國愈加重視,美國早在80年代就制定了法律進(jìn)行國戰略?xún)?;歐盟發(fā)布《對歐盟生命有關(guān)的原料》,將銦、鍺、鎢、鎵、鈷、銻等14種原材料列為緊缺原料;日本是稀有金屬和稀土資源極度缺乏的國,從上世紀70年代就已經(jīng)開(kāi)始了對稀有金屬和稀土材料的家收儲和民間收儲;韓國也從2006年將稀有金屬和稀土資源列為戰略資源開(kāi)始國收儲。在全球主要經(jīng)濟體均提出工業(yè)4.0概念后,稀有金屬和稀土等原材料供應安全更加敏感。中國在這些稀缺資源的儲備方面具備一定的優(yōu)勢,但同時(shí)也是未來(lái)消耗的主要地區。中國未來(lái)發(fā)展必須保證充足的原料供應,這也是《中國制造2025》必須考慮的問(wèn)題。