大力发展和应用现代轨道交通关键材料

大力发展和应用现代轨道交通关键材料（共2篇）

大力发展和应用现代轨道交通关键材料 篇1

专业知识分享版

一、我们十分关注现代轨道交通用关键材料问题

什么是现代轨道交通？用老百姓的话说，就是快、稳、安全、舒适、经济等，用业内人士的话说，有很多指标，如高速、重载、能经受严酷环境、减震、降噪、高效等等。

现代轨道交通的关键材料问题十分重要。我国提速和重载列车运行历史还很短，高速铁路的发展才刚刚开始，而已经需要解决和即将面临的问题已很多。这些问题的解决是现代列车安全运行的重要保证。例如：

（1）列车提速和重载运输，使弓网振动加剧，受流负荷加大，离线率增加造成电弧烧蚀，使接触线出现大量硬点，弓网／滑块磨损进一步加剧，甚至造成接触线熔断。

（2）提速使机车车辆的转向架振动加剧，疲劳寿命和安全可靠性问题突出。多次出现电机悬挂的转向架构架端梁断裂和牵引拉杆断裂等十分危险的事故。

（3）高速与重载使轮－轨这对滚动摩擦副中车轮表面产生剥离、辋裂及车轴等构件断裂严重：

―――时速为200km的车组车轮使用不久就发生严重剥离。

―――提速和重载使钢轨出现了波浪型磨损，―――提速和重载还使钢轨出现压溃和疲劳开裂等问题，―――年均重伤轨数增加，国产铁路道岔使用寿命只及国外的1／3。我国每年为更换破损的钢轨所需费用达10亿元。

（4）高速重载对制动提出了更高要求，由于强烈制动，使制动盘的使用寿命大大缩短；此外，冰雪环境下增摩材料的使用也会对轮轨的损伤产生影响。

二、材料的服役行为是我国材料科学技术部署中的严重薄弱环节

材料科学和工程包括成分、组织、性能、制备和服役行为（performance）诸要素。

服役行为恰恰是材料科学和工程的“制高点”。所谓服役行为是指材料在使用状态的表现，也包括经济性和社会满意度。归根到底，服役行为是检验材料是否合用的最终判据。

但是，在我国材料科学技术的部署中，材料的服役尤其是长期的服役行为包括疲劳、老化、腐蚀等的重要性缺乏足够认识。由此造成直接经济损失相当惊人，这方面的例子很多，举不胜举。我们认为，造成材料服役方面理论、技术、队伍薄弱的主要原因是短期行为、急功近利。科技政策导向上只注意新材料，而很多年以后能否长期稳定使用这些材料常常被忽视。

实际上脱离服役行为来研制新材料、追求高性能往往事倍功半，人所共知，硫和磷是钢中的有害杂质，但硫可改善钢的切削加工性（易切钢），硫化物包裹氧化物可提高轴承钢的接触疲劳寿命；磷可提高钢在大气中的抗蚀性（耐候钢），还能提高汽车钢板的强度和冲压成形性（回磷钢），因此，材料的服役行为是材料研究和应用的决定性因素。

三、必须下决心解决高速重载轨道交通材料问题

鉴于现代轨道交通关键材料（包括钢轨、摩擦副、弓网材料等）大多依赖进口的情况，我们提出要以现代轨道交通关键材料和零部件为应用背景，将材料的 使命：加速中国职业化进程

专业知识分享版

服役行为放在第一位，从材料的使用条件与环境及破坏失效现象与模式出发，探索服役行为的表征方法与技术，研究动态下材料成分、组织、结构的变化及其与服役行为的关系规律，据以制订制备工艺以实现材料的优化，由此可开辟全面发展我国材料科学与工程的新途径。

1、提出关键技术问题：

其中有些国外已经解决的问题，在我国则正开始研究，如：

（1）接触线－滑块摩擦副材料。滑板的研制经历了粉末冶金、铜渗碳复合材料、碳／碳复合材料、自润滑金属化碳滑板等发展过程，日本的受电弓滑块采用碳纤维渗金属来制造，有很好的耐磨性及不易起电弧的优点。

（2）轮－轨摩擦副。国外在高速铁轨上正在开发贝氏体钢轨，以提高耐磨性和抗疲劳性。

（3）制动摩擦副。在制动系统中，闸瓦的材料已从普通铸铁、特种铸铁发展到合成材料和粉末冶金材料；

制动盘的材料已从铸铁、铸钢、铸铁－铸钢复层材料，发展到碳／碳纤维、铝合金基和陶瓷基复合材料；

闸片材料已有了合成材料、粉末冶金材料和复合材料三种。

2、解决关键科学问题

鉴于铁路系统主要构件的失效约35％与磨损有关，而运动又带来了震动和冲击，因此对材料动态服役行为的研究必须将材料科学、摩擦学和动力学有机结合起来。

（1）低温致脆、高应变率致脆、约束致脆及其与疲劳破坏之间的交互作用

（2）材料表面亚表面微结构动态演变及损伤机理

（3）材料服役过程中性能动态衰退及性能与组织结构超稳定合金设计

目标：

（1）材料动态服役行为理论在三个方面取得重大的进展，即：材料动态脆性断裂理论，材料表面动态失效理论，材料性能动态衰退理论。

（2）确定增塑增韧与材料层错能、相变、孪生动力学之间的量化关系，为抗脆材料合金设计提供理论依据。在材料逆向设计上建立抗低温致脆、高应变率致脆、约束致脆材料设计技术；

（3）揭示材料动态下微观组织结构演变及其与材料表面损伤破坏的关系规律，阐明润滑材料组成结构对材料高低温性能和服役行为的影响机制，建立磨损表面损伤的自修复理论并形成相关的实用专利技术。

（4）阐明电弧烧蚀与机械磨损交互作用对材料损伤破坏的机理，3、重视研究开发关键试验和加工装备

主要要部署长期服役行为的检测装备，如在腐蚀试验方面，我们已建有全国性的材料在大气、土壤、海水中腐蚀的试验网站。在动态情况下材料的疲劳失效等，也应建立长期试验网，以积累经验和探索规律性。

更重要的是要研究加速试验和材料寿命预测的方法和相关的试验设备。

此外，也要注意解决有助于抗震动、耐磨、耐疲劳的构件加工成型的方法和装备，以减少内部应力、增强表面韧性等。

总之，我们要通过研究使某些铁路关键零部件的可靠性及使用寿命达到当前

使命：加速中国职业化进程

专业知识分享版

国际先进水平，取得下列标志性研究成果，为生产应用创造条件。

①使车轴、转向架构架和轮轨的断裂和开裂事故得到遏制，原型尺寸台架试验的疲劳寿命有大幅度提高。

②制备出具有优良服役行为的新钢种车轮钢轨摩擦副。

③制备出具有优良服役行为的新一代滑板和导线。

④研制出低温性能优良与环境和谐的铁路系统用润滑防护材料。

⑤研制出新型高效的制动盘摩阻材料。

⑥揭示钢轨波浪形磨损机理并提出防止对策。

⑦提供提高弹性件使用寿命的材料与技术。

四、加强新材料在交通方面的应用

在863计划和科技攻关项目方面，已经有一些成果可以应用到现代轨道交通上去。例如：

1、高强轻量材料问题高强度钢：超级钢复合材料：颗粒增强型复合材料

轻金属材料：铝合金板、铝镁合金、高硅铝合金

2、减阻降噪阻燃材料问题高效阻尼减震隔声吸震无毒阻燃

五、科技部拟采取的措施

1、全面考虑现代轨道交通材料的研发计划

我们希望和铁道部一起来制定计划，以便使有关企业和科研单位了解全局和关键的需求。实际上，列车和汽车一样，是现代科技成果可以不断发展和改进的一个很好的应用平台。

2、支持一批关键科技项目

3、支持建立一些标准测试方法和设备

4、支持用户－生产企业－科研院校所建立更紧密的联系

5、将材料长期服役行为的科技问题列入863计划材料领域重点支持方向。

使命：加速中国职业化进程

大力发展关键材料和核心零部件 篇2

据不完全统计，截至2002年底，我国共有172种产品产量居世界第一，其中终端制造类产品占50%，材料和器件占45%。“中国制造”长期以来主要依赖的是低廉的劳动力和土地等生产要素成本优势，产品技术含量和附加值不高，以初加工和组装为主，其中51%是加工贸易，关键材料和核心零部件主要依赖进口。如我国已成为电子信息产品生产大国，但计算机、数码产品等用的芯片，大规模集成电路用大尺寸硅抛光片液晶显示器用液晶材料、彩色滤光板、驱动IC、背光源、玻璃基板等电子信息关键材料都以进口为主；正成为我国主导产业之一的汽车工业用高性能钢材、汽车电子等关键材料和核心零部件也大量从国外进口。

我国已成为材料制造大国，但产品以初加工和组装为主,技术含量和附加值低。以金属镁为例,我国原镁产量已占世界镁总产量的2/3，但出口产品中80%为附加值低的原镁，而电子、通讯、汽车等行业用镁合金零部件（如摩托车发动机引擎壳）则主要依赖进口。“中国制造”产业链呈明显的“Z”型结构。

随着经济的不断发展，劳动力、土地等初级生产要素的成本优势会逐步减弱，未来20年“中国制造”必须依靠高技术、人才和资本等因素来提高竞争优势，变“中国制造”为“中国创造”，巩固和增强“中国制造”的国际竞争力。

从世界制造中心转移的历史和“中国制造”崛起的经验来看，高技术、高附加值的关键材料和核心零部件的发展对于促进经济增长方式由投资拉动转变为创新驱动型具有重要意义，最终推动中国制造业向产业链高端发展，产业结构日趋合理，逐步变“Z”型产业链为“L”型和“C”型。“中国制造”向“中国创造”的升级过程，为新材料产业的发展提供了历史机遇。如手机、数码相机、摄像机所用锂电池，过去主要依赖进口，通过几年的科技攻关和产业发展，这些类锂离子电池不但完全实现了国产化，而且产品出口到韩国、日本。2003年锂离子电池产量超过4.5亿只,其中出口超过3亿只。

北京有条件抓住机遇，发展具有自主知识产权的关键材料和核心零部件。

北京作为崛起中的大国首都，在资源、能源、劳动力和土地等方面都不具备优势，加上生态环境、社会等问题的制约，“Z”型发展模式的问题较其他城市更为突出，并已无太大优势可言，成为制约北京经济发展的严重障碍。从全国区域产业分工趋势来看，资源密集型和劳动密集型产业，如矿产资源深加工、一般组装性制造业等，正在向资源丰富地区及欠发达地区转移，北京应抓住机遇，抓住产业链中的高价值环节，重点发展高附加值的关键材料和核心零部件，为中国制造业的全面崛起服务，成为中国快速发展的强大动力引擎。同时北京作为首都、我国的科技中心，现有众多的新材料科研院所，拥有雄厚的科技资源和丰富的研究成果，科技和管理人才济济，新材料产业基础全国领先，具备明显的走“L”型发展模式的相关条件，并为企业和科研院所提供了一个共同的价值目标，就是发展具有自主知识产权的关键材料和核心零部件。

北京有许多通过发展关键材料和核心零部件实现“L”型发展模式的实例。以钕铁硼永磁材料、笔记本电脑用高档锂离子电池为例，可以清晰地看到发展模式由“Z”型向“L”型转变。

钕铁硼永磁材料作为电机、移动电话等的核心材料，由于日本住友公司控制着其全球销售专利许可权，1995年以前我国产品根本无法进入国际市场，产业几乎为日本、美国等少数国家所垄断，我国主要出口稀土矿及初加工产品，具明显“Z“型发展模式特点。北京中科三环公司的发展改变了这一模式，他们通过购买销售专利抢占了国际稀土永磁材料市场，使钕铁硼永磁材料产销量位居全球第三名，同时在全国范围内打造稀土永磁材料产业链，在江西投资上游稀土原料企业，在上海进行下游粘结钕铁硼磁体及器件制造，在南京生产电动自行车用电机及通讯类电子元器件、产品，成功实现了稀土永磁材料产业在我国的“L”型发展。

高档锂离子电池在北京也实现了“L”型发展模式。众所周知，中国锂离子电池已经和日本、韩国三分世界市场。目前，我国锂离子材料生产企业不仅实现了正极材料替代进口，而且由于关键材料技术的掌握，促进了锂离子电池的创新，使我国的锂电产品进入了笔记本、电动车等高端应用领域。

综上所述，在由“中国制造”向“中国创造”过渡的过程中，北京新材料产业的发展，应该而且有能力抓住制造业转型的大好时机，重点发展有自主知识产权的关键材料和核心零部件，实施“引擎行动”，促进北京经济增长方式的转变，成为中国制造业向“L” 模式转变的支撑者和推动者。

北京应重点发展的关键材料和核心零部件

为了适应首都经济特点和“中国制造”发展现状，北京新材料产业的发展，应该本着为首都及全国制造业配套的精神，结合北京城市发展对新材料产业的要求，依据以下原则，选择几类有自主知识产权、有价值增值潜力的关键材料和核心零部件，支持其技术攻关、知识产权获取，扶持技术成果的中试实验和产业化示范：

具体一是低能耗、低污染；二是高技术、高效益，能够实现进口替代；三是有利于打造北京的“L” 型产业链；四是能够支撑“中国制造”由“Z”模式向“L”模式转变。

根据选择原则，可以重点发展的关键材料与核心零部件有：

一是围绕集成电路产业大力发展大直径单晶硅及其抛光片、砷化镓等化合物半导体单晶及其拋光片等IC配套材料；二是围绕数码相机、笔记本电脑、数码家电等电子及通讯设备制造业大力发展高性能锂离子电池及材料、TFT-LCD材料及器件、OLED材料及器件、LED材料及器件；三是围绕汽车工业大力发展汽车用特钢、高性能工程塑料、汽车电子及零部件；四是围绕都市工业大力发展特种包装材料、特种印刷材料、健康食用添加剂（香精香料、防腐抗氧剂、营养强化剂等）。

以TFT-LCD材料和器件为例。京东方通过2003年对韩国现代的收购，已经实现平板显示器件制造从低端向高端的过渡，并在北京兴建了液晶显示园，需要一批相关配套材料来支撑，如TFT-LCD液晶材料、彩色滤光片、玻璃基板、驱动IC、膜材料、光源模组、PCB、光刻掩膜等，通过这些关键材料及器件的发展，进而打造出北京“L”型的平板显示器产业链。

北京发展关键材料与核心零部件的措施设想

首先，落实“引擎行动”，以发展关键材料和核心零部件增强北京新材料和制造业企业核心竞争力和创新能力。

具体是选定市场中具有优势的大中型企业为创新主体，大学院所积极配合，调配官产学研中介五方面资源，重点开展关键材料和核心零部件的研发与产业化。目前可开展的工作：

一是以京东方为重点企业，加强TFT-LCD相关材料及器件的研发与产业化；二是以“现代二期”和“奔驰汽车”为重点企业，加紧展开汽车零部件、汽车电子及相关材料的研发与招商工作。

其次是建立材料企业及其应用下游企业共同参与的产业链联盟，加强材料及零部件制造企业与下游应用制造企业间的沟通与互动，以用带研、以下游带动材料产业发展。近期可以展开的工作：一是建立显示材料与器件产业联盟；二是建立汽车材料及零部件产业联盟。

第三，抓住我国制造业快速发展的机遇，充分利用北京相关新材料领域科技资源，面向全国进行科技资源招商，要特别重视长三角、珠三角制造企业价值链向高端延伸，到北京利用材料科技资源进行新材料产业化投资。近期可以开展的工作：一是展开针对北京科技资源的摸底调研，确定可以进行招商的材料类科技资源目录，制定相关科技资源招商方案，推动相关工作顺利进行；二是落实“涌泉行动”，以发展关键材料及核心零部件加快区县工业化。