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如果说钢铁、水泥是传统产业的重要基础,那么,新材料就是发展战略性新兴产业的基石。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。
新材料作为高新技术的基础和先导,应用范围极其广泛,它同信息技术、生物技术一起成为21世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样,新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套,目前,一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。
据相关研究报告显示,目前全球新材料市场规模已超过4000亿美元,由新材料带动而产生的新产品和新技术则是更大的市场。由于看好中国新材料市场的发展潜力,国际材料巨头也纷纷调整其在中国的战略布局,杜邦、拜耳、巴斯夫等跨国企业纷纷增加投资,寻求与中国本土企业的战略合作。有关研究机构预计,到2010年,中国新材料产业的市场规模将急剧扩大,有望突破1300亿元。
关键词:钛合金产业 市场分析 发展趋势
0 引言
在1791年,钛由科学家格雷戈尔发现,随后德国化学家克拉普罗特用希腊神话的泰坦为该元素命名。钛在自然界中虽然广泛存在,但因为其存在分散并且提取难度大,所以从发现钛元素到制得纯品,经历了百年以上。目前,钛合金具有耐蚀性好、强度大、耐热性强等等优势而被广泛用于各个领域。到20世纪50年代,钛元素得到重大发展。20世纪50~60年代,发展出航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金,70年展出耐蚀钛合金。80年代,耐蚀钛合金和高强钛合金极大发展。随着钛合金的逐步发展,其应用面逐步扩展,从航空逐步扩展到汽车,医用,体育等行业。钛是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”,21世纪将是“钛的世纪”。
钛作为稀有金属,是重要的替代金属。我国钛资源储量丰富,在储量上拥有极大的优势,这也为我国钛产业能够发展壮大提供坚实的物质保障。目前我国海绵钛产能和产量占到了全球的1/3以上[1]。随着消费和产业升级,稀有金属产业得到不断重视。尤其是在政策变动之后(比如我国稀土出口政策调整)。从中长期来看,稀有战略金属是非常有远大的未来。钛合金产业科技含量高,用途广,值得我们研究。本文将分析钛合金产业目前的市场状况和未来的发展趋势。
1 钛合金市场分析
1.1 钛合金运用面扩展
钛合金市场总量总体是不断提高的。伴随着我国经济的平稳快速发展,百姓的生活水平得到不断提高,以及钛合金的工艺技术水平不断发展,民用领域中对钛合金的需求量日益增多。钛合金和钛合金材料会制作成环、带、丝、板等制品。钛合金产品在市场受到广泛青睐,其在建筑、医用、体育及电子产品、包装、手表等日用消费品和耐耗品领域得到开创应用,未来的市场十分巨大。市场统计,制作高尔夫球头及球杆所消耗的钛已超过1000吨。
比如在建筑业上钛合金也有不俗的表现。西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆的用材很多都用了钛合金。今年来建筑业上用的钛合金总量不断增加。钛合金的用途的扩展对钛合金开拓新的市场有重大意义。
1.2 民用钛合金需求旺盛
根据目前最新统计,我国的钛合金和钛材料制品与民用市场需求量有较大的差距。按照国外通行的钛产量为钢产量的万分之一的比例来计算,我国钛和钛合金产品的年产量应达到2-3万吨,而目前生产仅不足1万吨。钛合金的民用市场需求日益增长,这促进钛合金市场的扩大,也表明了钛合金市场拥有很大潜力。
以海绵钛为例,由以下图标看出我国对海绵钛的消费量逐渐升高,其消费量逐渐超过产量。(图一)
1.3 航空业发展促进钛合金需求增加
钛合金除了民用以外还主要用于航空航天,如下图表明了钛合金制品的运用分布。
从图中得知航空用钛合金占了半壁江山。从全球范围来看,钛合金和钛制品的消费主要集中在航空业以及工业领域,全球商业航空的消费比例达到42%左右,军用钛材比例约为7%,整个航空领域消耗钛合金材料接近一半,另外,工业消耗钛合金比例约为47%。根据相关研究机构预测,在未来20年世界的航空公司将需要100个座位以上的新客机23385架,其中,需单通道飞机(如A320)16620架,占总需求的71%;需双通道飞机5482架,占总需求的24%;需VLA(如A380)1283架,占总需求的5%。这些飞机将价值2.6万亿美元。民用飞机的数量增加以及航空业的逐步发展,钛合金的市场前景良好。
民用飞机和大飞机的需求量大。并且在亚太地区,比如中国,航空产业不断发展并有广阔的发展空间,这对钛合金的长远发展是有利的支持。
1.4 亚太地区等新兴经济体促进钛合金市场增加
2008年,全球经济由于受到美国次债危机等情况影响,全球经济的增长短期内趋缓,这对钛合金的需求量有一定的影响。但从中长期来看,亚太地区等国家的经济依然有较强的增长动力,这使钛合金市场的重心逐步偏移到亚太地区。
长期来看,世界经济逐步复苏。世界各地的经济体联系日益紧密,经济结构升级调整,对新型材料的需求日益旺盛,这对钛合金的发展是良好的契机。
由于世界各个经济体联系日益紧密,促进航空的发展。从统计数据来看,空中客运量每15年会增加一倍,那么未来的15-20年,随着全球经济贸易联系的不断加强,空中客运量也将按照这样的速度增加。
2 钛合金产业的发展趋势
2.1 目前我国钛合金产业发展状况
我国的钛合金产业发展快速。目前我国已经成为钛生产大国。据前瞻产业研究院不完全统计,我国有钛合金生产企业300余家,我国钛合金产品的产量整体呈现逐年增长趋势,2012年我国海绵钛产量约为7.1万吨,钛锭产量约为7.4万吨,钛粉产量约为0.1万吨,钛加工材产量约为6.1万吨。
我国凭借着占据将近全球30%的钛资源储量,发展钛工业的矿石资源优势显著。目前我国家海绵钛产能和产量占到了全球的1/3强,但在高附加值深加工领域仍然落后国外先进水平。我国钛合金产业面临大而不强的尴尬境地。[3]面对这样的现状,我国的钛合金产业该如何科学发展成为了重要的课题。我国的钛合金产业发展趋势必然应是朝着集约化,科学化,高附加值发展。钛合金产业面临产业调整和升级。
2.2 国家重视钛合金产业的发展
2013年7月5日,《新材料产业标准化工作三年行动计划》由国家工信部,该文件提出要加大重点新材料领域标准制修订力度。新材料领域包括了特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料。有10种钛合金产品划分在新型轻合金材料里。这10种钛合金产品分别是优质宽幅冷轧纯钛板材、钛合金型材、大规格宽厚钛合金板材、钛及钛合金带材、高精度及宽幅钛合金薄板材、大规格钛合金棒材及特种锻件、大型钛铸锭及锻坯、大盘重钛带卷、专用钛合金材料、钛及钛合金模锻件等。该文件表现了对钛合金材料的极大重视,并给予相关发展帮助。
政策支持钛合金产业的发展对该产业是有利的支持。未来钛合金产业的发展拥有良好的政治环境。这对产业的发展拥有巨大推动作用。
2.3 我国广阔的需求促进发展
2013年,我国国民经济仍然保持平稳增长。我国的化工、航空航天、电力(包括核电)、冶金、真空制盐和体育等六大领域,以及医疗、海洋工程和船舶业的钛合金需求依然向好。在国家的“十二五”规划中,钛金属冶炼的节能减排,产品质量的提高和高附加值产品的开发仍然是我国钛合金的重点发展方向,结合西部地区全流程高技术水平的海绵钛项目、新型钛加工材开发项目等也属于国家鼓励类项目中,以及国家对钛加工材料的出口退税政策等都利于我国钛合金的发展。[4]由此可见,我国钛合金具有良好的发展前景。
2.4 钛合金产业技术的升级调整
当前世界上几乎所有的熔炼方法都采用了真空及冷坩埚技术,这是因为钛及钛合金的熔炼由于钛的活性高。熔炼方式可以按照熔化金属时热量来源方式分为外热式熔炼方法和内热式熔炼方法。其中外热式熔炼方法有自耗电极电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉、等离子弧炉,而内热式熔炼方法有感应熔炼。
钛合金材料的熔炼技术的当前发展表现在以下几点:①20世纪80年代末,国际上开始采用冷床熔炼技术去解决钛合金铸锭中常出现的高密度夹杂和低密度夹杂等冶金劣势。和真空自耗电弧炉相比,冷床炉熔炼技术拥有诸多的优势,比如它可以更好地去除钛合金中的夹杂,并且因为其熔炼温度较高,可消除成分偏析,从而得到成分均匀的铸锭。尽管这项技术拥有诸多优势,但该技术的设备投入大,成本高,维护难,所以这项技术很难大规模推广。②发展内热式的真空感应熔炼,开拓新型熔钛坩埚材料及其制备技术。国内外研究者在这方面开展了大量的研究,并取得了相当的进展,但这些耐火材料都或多或少与钛发生反应,钛熔体中氧的含量也会增加,因此大多只能用作钛的熔模精铸的模壳材料,而不能用作钛及钛合金内热式的真空感应熔炼的耐火材料。坩埚式真空感应熔炼方法可能是解决目前常规钛合金熔炼技术能耗极高而材料收得率极低的一条有效途径。
由上可知,促进钛合金低成本优质高效熔炼的核心是寻找新型的熔钛坩埚材料及其制备技术,完成内热式的真空感应熔炼。尽管国内外研究者已经进行了大量这方面的研究,但直到目前还未见到能用于钛合金真空感应熔炼用耐火材料成功的报道,制造钛及钛合金真空感应炉坩埚尚未有实质性的突破,因此综合利用CALPHAD、量化计算和人工智能等材料设计方法,设计与钛熔液相容的新型耐火材料,研究新型耐火材料的制备技术,开发与钛熔液相容的新型耐火材料的坩埚制备工艺,将是攻克低能耗节约型钛及钛合金的熔炼技术的突破口[5]。这项技术让钛熔炼更加高效节能,从而大大的降低钛合金的生产成本,并且提高钛合金材料的质量,这对推广钛合金应用有着重要意义。
目前制约钛合金发展的重要原因就是其成本高,随着技术的进步逐步较低成本,成为发展钛合金产业的重要课题。
3 结语
钛合金是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”,21 世纪将是“钛的世纪”。钛合金因为其优越的属性,成为更多制造产业的选择。未来钛合金的市场仍然不断扩大,钛合金产业是处于不断成长的产业。钛合金作为新生金属,其未来发展态势良好,现在主要受到技术的问题,钛合金生产成本高,难以大规模应用,应不断产业升级,技术革新,促进钛合金产业更好地发展。
参考文献:
[1]莫尼塔(上海)投资发展有限公司.稀有金属行业研究报告[OL].http://.cn/cn/.
[2]陈国琳,吴鹏炜,冷文军,等.钛合金的发展现状及应用前景[J].舰船科学技术,2009,31(12):110.
[3]张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用[M].北京:化学工业出版社,2005.
关键词: 低碳环保 室内设计 生态环保材料 绿化设计
1.低碳设计的概念与内容
所谓低碳设计就是指能够达到低碳环保,减少温室气体排放的效果的设计。低碳设计其实也是以设计为起点,推广低碳设计的设计原理、理念、方法、手段。应把低碳概念融入室内设计中,使其成为人们生活的一部分。从设计的角度来说怎样采用更节能环保的设计,怎样在设计中充分利用大自然赋予我们的资源,怎样让低碳环保这个概念融入室内设计中,这些对设计师来说是一个很大的挑战。
选择“低碳生活”对于每一个普通人来说是选择的一种生活态度,对于设计师而言不仅是一种态度,更多是一种设计能力和社会责任感的表现,设计师有责任倡导一种全新的消费观念,探索消费模式的“可持续”的价值,多些重复使用,少些不必要的浪费;或发现再造之美,转变设计思路,将废旧之物呈现焕然一新的状态。“低碳设计”是以设计为起点,在社会经济生活及生产方式的低碳链条尚未完善的时候,设计师更要用设计语言引导。
2.室内设计
室内设计的最终目的在于营造一种最适宜人生存的室内环境。它表现为室内环境在物质和精神两方面对人所产生的影响,并通过心理的双向交流得以实现。人们在生活的过程中,居住环境是很重要的,一个好的室内设计对居住者来说可以感觉到轻松和舒适。然而,对室内设计而言,要改变之前奢华装饰的格局,打造简约的低碳环保设计在当今是对室内设计行业和室内设计师的一个巨大的挑战和新的任务。
3.低碳环保室内设计的因素
3.1光
光环境设计是现代建筑设计的一个有机组成部分,其目的是追求合理的设计标准和照明设备,节约能源,使科学与艺术融为一体。节能与开发新能源同等重要,以节约电能,以保护环境为目的,通过科学的照明设计,达到绿色照明、环保节能的功效。
3.2色彩
色彩是室内设计中最重要的因素之一,既有审美作用,又有表现和调节室内空间与气氛的作用。室内色彩的运用是否得当,能在一定程度上影响人们的行为活动。因此,色彩在室内设计中起到的作用是至关重要的。而涂料则是色彩装饰的必备材料,其环保性则是决定能否低碳环保的首要因素。涂料的主要类别有:乳胶漆、水溶性涂料、溶剂型涂料等,这些产品由于无毒和低毒,对人体和环境的伤害较小,所以应用最为广泛。
色彩设计在室内设计中的作用有:(1)调节空间感。运用色彩的物理效应能够改变对空间的面积或体积的视觉感,改善空间实体的不良形象。例如一个狭长的空间如果顶棚采用强烈的暖色调,两边墙体采用明亮的冷色调,就会弥补这种狭长的不足。(2)体现个性。色彩可以体现一个人的个性,一般来讲,性格开朗、热情的人,室内选择的应是暖色调,性格内向、平静的人,选择冷色调等。(3)调节心理。色彩是一种信息刺激,若用过多高纯度的色相相映,会使人感到过于刺激,容易烦躁,而过少的色彩对比,会使人感到空虚、无聊、过于冷清。因此,室内色彩的设计要考虑性格、年龄、性别等各种因素,从而设计出适合不同人群的方案。(4)调节室内温感。人对气候温度的感觉会随着不同色彩的搭配而不同。比如寒冷地区的色彩方案应选择红、黄等颜色,明度可以略低,但彩度必须相对变高;温暖地区可以选择蓝绿、蓝、蓝紫等颜色使其明度升高,降低它相对的彩度。但是,季节和地域的气候是循环变化的,因此要因地制宜地根据所在地区的常态选择合适的色彩方案。(5)调节室内光线。室内色彩可以调节室内光线的强弱。因为各种色彩都有不同的反射率,根据不同房间的采光要求,适当选用反射率低的色彩或反射率高的色彩调节进光量。因为空间具有不同的使用目的,所以在满足色彩不同要求的同时,还要考虑不同性格的体现,以营造不同的氛围。
4.室内装饰材料在室内设计中的运用
生态环保材料是指通过国家权威检测机构认证,达到环保标准的材料。生态环保装修材料是以实现清洁生产和产品生态化为目的材料,在生产和使用过程中对人体及周围环境都不会产生危害。目前已研制出的无毒涂料、再生壁纸等,都程度不同地实现了上述目标。生态环保材料的概念是相对的,对生态环保材料的界定应从以下两方面区分:一方面是装饰材料中有害物质的含量和在空气中的释放量问题。事实上很多装饰材料或多或少都含有对人体有害的化学物质。只要这些有害物质被密封在材料当中,不散发到室内空气中去,一般就不会对人体造成伤害。另一方面是室内空气的诸多因素对装饰材料有害物质排放量的影响。室内温度、湿度和空气流动速度都会影响到装饰材料中有害物质的释放。若居室温度、湿度大,材料中有害物质散发的速度就快;若室内通风条件好,则可降低材料中有害物质的释放。
5.主要环保材料的应用
5.1木质装饰板
装饰板是利用天然树种(如水曲柳、橡木、榉木、枫木、樱桃木等数十种)装饰单板或人造木质装饰单板通过精密创切或旋切加工方法制得的薄木片,贴在基材上,采用先进的胶粘工艺,经热压制成的一种高级装饰板材。装饰板作为一种表面装饰材料,不能单独使用,只能粘贴在一定厚度和具有一定强度的基材板上,如大芯板、多层胶合板、中密度纤维板和刨花板等,才能得到合理的利用。目前世界各国都十分关注环境的可持续发展,保护森林资源的呼声日益高涨。采用天然木质贴面材料只是个时间问题,而人工合成、人造木和纸质贴面材料取而代之是必然的趋势。
5.2塑料装饰板
装饰板是一种具有轻质、高强、隔声、透光、防火、可弯曲、安装方便、抗老化等特点的建筑装饰板材。该产品的推广应用,不仅可替代传统的消耗一次性资源的建筑材料,如木材、钢材等,还可以改善建筑功能、美化环境,满足现代建筑装饰的需求。塑料装饰板材依据使用的树脂原料不同可分为:聚碳酸酯板、聚氯乙烯装饰板、聚乙烯装饰板、聚丙烯装饰板等。由于材料的不同,其产品性能和使用功能亦有差异。一般而言,塑料装饰板可广泛用于现代建筑的内外装饰装修、室内吊顶装修等。塑料装饰板的绿色环保型主要体现在三个方面:①可以替代大量的能耗高、资源短缺的钢材、木材、铝材等,生产过程节能环保;②塑料装饰板使用安全卫生;③由于塑料装饰板为高分子材料制成,质轻、高强、安装方便,可节省基础、运输、安装等方面的费用。
6.如何正确使用生态环保材料
针对我国生态环保材料在室内设计应用的现状可以看出:室内装修在人们日常生活的投资中所占比例越来越大,生态环保材料成为当代室内设计的主流。大量使用原生态环保材料,使其可持续性利用已经出现危机,如何正确使用生态环保装饰材料是当代人所关注的问题。综上所述,有以下几个方面需要关注:设计师应该具备良好的职业道德和高超的设计既能,在室内设计中应从场景的氛围及客户的经济境况入手,尽量避免应用奢华的装饰材料,在室内设计中,强调自然生态美,欣赏质朴、简洁而不刻意雕琢。同时强调人类在遵循生态规律和美的法则前提下,运用科技手段加工改造自然,将艺术、人文与自然相融合,创造人工生态美。尽量适度使用原生态的装饰材料,少用或不用一些对人体有害的放射性的材料。一切以人为本,利用一些没有辐射性、不散发有害气体、不产生主要公害的无毒材料。
7.室内的绿化设计
7.1室内绿色植物装饰的功能
室内空间是有限的。如何使室内空间布局合理,绿色植物起到了至关重要的作用。在居室绿化装饰中,植物能发挥组织空间、调整空间布局、丰富居室空间层次等功能。由于生活水平和文化素养的提高,绿色也开始进入千家万户,使百姓居家的室内绿化与室外绿化成了一个绿色的有机整体。
7.2承接室内外空间的连续性
在绿化装饰设计中,为了从室外到室内形成自然的过渡,可采用如下手法:在建筑入口设置盆栽,在门廊的顶部或墙面上做悬吊绿化,在门厅内做绿化装饰等。还可以采用借景的办法,通过玻璃窗,室内、室外的绿化景色互相渗透、融合、联系起来。
7.3分隔、充实空间
在一些空间比较大的场所,如现代家居中的客厅,就可以利用植物对空间加以限定和分隔,可使原本功能单一的空间具有不同的功能,提高空间的利用率。可采用盆花、花池、绿色屏风、绿色垂帘等方法进行分隔。利用绿色植物分隔空间可以达到像家具、色彩、灯光同样的作用。
7.4提示、引导作用
通过绿化布置,具有观赏性的植物吸引了人们的注意力,对活动方向起到了暗示与指导的作用,是无声的“指示牌”。例如,在建筑物的出入口、不同功能区的过渡处、走廊楼梯的转折处、台阶坡道的起止点,恰当地摆放植物可起到提示的作用。若用盆栽植物或吊盆植物进行线性布置,也可形成“绿色通道”,引导人流走向。
7.5处理空间死角
在室内装饰布置中,我们常常会遇到一些死角不好处理,利用植物装点往往会收到意想不到的效果。如在楼梯下部、墙角、家具的转角或上方、窗台或窗框周围等处,用植物加以装饰,可使这些空间焕然一新。所以,不论从生态的角度、保健的角度,还是从审美的角度来讲,绿色对于我们的生存与生活都是不可或缺的。
7.6绿化设计原则
绿色植物在室内的配置有多种形式。要注意如何控制植物的比例和尺度,还要注意植物色彩与室内环境的搭配,获得良好的空间感觉和赏心悦目的视觉效果。植物的色彩要与室内色彩相协调。要使室内环境更加清新,更赏心悦目。一般来说最好用对比的手法,如背景为亮色调或浅色调,选择植物时应以深沉的观植物,或艳丽的花卉为好,这样能突出立体感。鲜艳美丽的花叶,可为室内增色不少,由于现在可选用的植物多种多样所以选择植物时,应对多种不同的叶形、色彩、大小予以组织和简化,过多的对比会使室内显得凌乱。利用天然花草布置居室环境,也可以提高人的品位。优雅、舒适的现代居室,是人们理想的生活目标。
7.7室内绿化装饰的必要性
室内绿化装饰有利于生态保健。都市人的一生大约有90%的时间要在室内渡过。人们在室内工作生活的条件得到了很大的改善,然而室内空气污染问题时时困扰着现代都市人。科学研究证明:每人每小时应有30立方米的新鲜空气才能保证人体的健康,而在室内合理种植绿色植物是净化空气的有效方法之一。美国专家的研究报告指出,摆放植物的房间中,空气中所含的真菌和细菌比没有植物的房间要少一半以上,在室内摆放植物,不仅美化了环境,还有利于人们的身体健康。