無人機(jī)關(guān)鍵材料發(fā)展研究

肖勁松

近年來，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，各種新機(jī)型、新應(yīng)用層出不窮，被不斷應(yīng)用于社會娛樂、生產(chǎn)活動等傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)領(lǐng)域。無人機(jī)的快速發(fā)展和普及應(yīng)用，不僅對其制造成本、操作便攜性、續(xù)航時(shí)間、實(shí)用效率等指標(biāo)的提升和優(yōu)化提出了迫切需求，而且對所用材料種類、性能提出了新的、更高的要求?！稛o人機(jī)關(guān)鍵材料發(fā)展研究》基于無人機(jī)產(chǎn)業(yè)需求，梳理了上游關(guān)鍵材料及其技術(shù)發(fā)展、市場狀況，分析了我國無人機(jī)材料發(fā)展現(xiàn)狀。

無人機(jī)概況

無人機(jī)的定義

無人機(jī)全稱“無人駕駛飛行器”（Unmanned Aerial Vehicle），英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。它涉及傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、智能控制技術(shù)以及航空動力推進(jìn)技術(shù)等，是信息時(shí)代高技術(shù)含量的產(chǎn)物。無人機(jī)的價(jià)值在于形成空中平臺，結(jié)合其他部件擴(kuò)展應(yīng)用，替代人類完成空中作業(yè)。隨著研發(fā)技術(shù)逐漸成熟以及制造成本大幅降低，無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，除軍事用途外，還包括農(nóng)業(yè)植保、電力巡檢、警用執(zhí)法、地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測、森林防火以及影視航拍等民用領(lǐng)域，且其適用領(lǐng)域還在迅速拓展。

無人機(jī)的分類

無人機(jī)按用途可分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)。軍用無人機(jī)包括偵察無人機(jī)、攻擊無人機(jī)、誘餌無人機(jī)和貨運(yùn)無人機(jī)四大類。偵察無人機(jī)起到戰(zhàn)略監(jiān)視，電子對抗以及偵查等作用，主要型號包括全球鷹、WZ-5、搜索者等;攻擊無人機(jī)起到偵察打擊一體、導(dǎo)彈攔截和地、海面轟炸作用，主要型號包括捕食者、死神、翼龍和彩虹-5等;誘餌無人機(jī)起到充當(dāng)誘餌和迷惑對方的作用，主要型號有ADM-20、perdix等;貨運(yùn)無人機(jī)則是起到物資運(yùn)輸和油補(bǔ)給的作用，主要型號有K-MAX和飛象。民用無人機(jī)則包括工業(yè)級無人機(jī)和消費(fèi)級無人機(jī)兩大類。工業(yè)級無人機(jī)主要應(yīng)用在農(nóng)林、安防、電力和物流等方面，具體包括農(nóng)藥噴灑、森林滅火、輔助授粉、交通巡邏、指揮調(diào)度、電力巡檢、物資配送、資源勘探、水利監(jiān)測、人工降雨、城市規(guī)劃等;消費(fèi)級無人機(jī)主要用于航拍、遙控玩具及燈光表演等方面。

對相關(guān)材料的性能要求

與有人飛機(jī)相比，無人飛機(jī)在機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中既不需要考慮機(jī)動飛行過程中人的生理承受能力限制，也不需要因?yàn)樘貏e強(qiáng)調(diào)人的生存性而對隱身及抗彈傷能力的結(jié)構(gòu)和材料作特殊考慮，但無人機(jī)機(jī)載設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、要求高、遂行任務(wù)特殊，須具備優(yōu)異的機(jī)體結(jié)構(gòu)性能。因此，無人飛機(jī)在結(jié)構(gòu)選材上具有一些有別于有人飛機(jī)的新特點(diǎn)。

一是輕質(zhì)高強(qiáng)。無人機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對減重有著特殊的要求，需將結(jié)構(gòu)重量系數(shù)控制在30%之下，給燃油動力、有效載荷和隱身補(bǔ)償?shù)攘舫鲋亓靠臻g，同時(shí)減少動力耗損，達(dá)到增強(qiáng)續(xù)航能力的效果。

二是一體化成型。無人機(jī)多半采用高度翼身融合的飛翼式總體布局，需要結(jié)構(gòu)上大面積成型，因此要求所用材料在設(shè)計(jì)和制造技術(shù)上具有一體化成型的特點(diǎn)。

三是耐腐蝕和耐老化。無人機(jī)所用材料需具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐老化性能，以滿足無人機(jī)各種環(huán)境條件下長儲存壽命的特殊要求，降低使用維護(hù)的壽命周期成本。

四是隱身功能。部分無人機(jī)要求所用材料具有特殊的電磁性能，經(jīng)研究改性后實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/功能一體化，滿足高隱身的技術(shù)要求。

五是易于形成智能材料和結(jié)構(gòu)。部分無人機(jī)要求所用材料易于植入芯片、傳感器等形成智能材料，或形成智能結(jié)構(gòu)為無人機(jī)大展弦比、高升阻比機(jī)翼提供啟動特性和顫振主動控制以及柔性機(jī)翼的主動控制技術(shù)提供發(fā)展空間。

無人機(jī)關(guān)鍵材料及其發(fā)展現(xiàn)狀

按照無人機(jī)的系統(tǒng)組成進(jìn)行劃分，主要應(yīng)用材料可以分為機(jī)體結(jié)構(gòu)材料、電池材料、主控芯片材料、器件封裝材料等四大類。

機(jī)體結(jié)構(gòu)材料

機(jī)體結(jié)構(gòu)是無人機(jī)的主體部件，是整個(gè)飛行系統(tǒng)的飛行載體，一般采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料制造。目前，主要的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料有復(fù)合材料、鋁合金和工程塑料等。其中，復(fù)合材料和鋁合金材料廣泛應(yīng)用于軍用和民用無人機(jī)，通常機(jī)翼、機(jī)尾及各種天線罩、護(hù)板、蒙皮等結(jié)構(gòu)件使用復(fù)合材料，機(jī)身的龍骨、梁和隔框、起落架等結(jié)構(gòu)件采用鋁合金材料，工程塑料則主要應(yīng)用于中小型民用無人機(jī)。三種材料的具體性能特點(diǎn)見表1。

復(fù)合材料主要材料。復(fù)合材料憑借其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、易于成形等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外各類無人機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，其中碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、蜂窩夾層復(fù)合材料為主要的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料，且多數(shù)以碳纖維復(fù)合材料為主。碳纖維復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和高比剛度，能大大減輕無人機(jī)的機(jī)身重量，從而降低無人機(jī)的載荷成本和增加無人機(jī)的有效載荷量，延長機(jī)體的飛行距離和飛行時(shí)間，是無人機(jī)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、小型化和高性能化不可或缺的關(guān)鍵材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以碳纖維復(fù)合材料為主的先進(jìn)復(fù)合材料用量，可占到機(jī)體結(jié)構(gòu)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的60%～80%，使機(jī)體減重25%以上。

復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展概況。碳纖維是一種主要由碳元素組成的特種纖維狀碳材料，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上，具有極高的比強(qiáng)度和比模量。碳纖維生產(chǎn)工藝主要包括原絲制備、預(yù)氧化、碳化及表面處理等過程。目前，世界高性能碳纖維原絲和碳纖維制備技術(shù)主要掌握在日本的東麗、東邦和三菱等企業(yè)手中，這些企業(yè)技術(shù)嚴(yán)格保密，工藝難以外漏，而其他碳纖維企業(yè)均是處于成長階段，生產(chǎn)工藝在摸索中不斷完善。

目前，我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)正逐漸向高性能化方向發(fā)展，生產(chǎn)能力和成型制造技術(shù)不斷提高。

復(fù)合材料主要市場。世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國臺灣地區(qū)，主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦、三菱三大集團(tuán)和美國的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（ALDILI）以及德國的SGL公司等。

此外，我國少數(shù)龍頭企業(yè)已基本完成“碳纖維—碳纖維復(fù)合材料—碳纖維復(fù)合材料制件”產(chǎn)業(yè)鏈布局。但由于碳纖維“全產(chǎn)業(yè)鏈”的“長且雜”特性，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)的原料、技術(shù)、裝備、人才等方面配備要求，導(dǎo)致國內(nèi)仍沒有企業(yè)能夠完成碳纖維“全產(chǎn)業(yè)鏈”的布局，即橫向“原絲—碳纖維—碳纖維復(fù)合材料—碳纖維復(fù)合材料部件成品”外加縱向“研發(fā)—設(shè)計(jì)—制造—測試”產(chǎn)業(yè)鏈。

鋁合金主要材料。鋁合金作為典型的輕質(zhì)高強(qiáng)材料（拉伸強(qiáng)度超過250MPa），兼具成形工藝性好、耐腐蝕性良好、成本低、可靠性和可維護(hù)性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是理想的航天結(jié)構(gòu)材料。在無人機(jī)領(lǐng)域，鋁合金多應(yīng)用于高速軍用無人機(jī)的結(jié)構(gòu)主體中，并適當(dāng)選用鈦合金、碳纖維復(fù)合材料及與先進(jìn)工藝方法相適應(yīng)的其它材料，以達(dá)到增加承載能力和減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的目的。

鋁合金技術(shù)發(fā)展。2xxx系和7xxx系均屬于熱處理可強(qiáng)化的鋁合金，2xxx系鋁合金以Cu為主要合金元素，包括Al-Cu-Mg合金、Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金和AlCu-Mn合金等，7xxx系鋁合金以Zn為主要合金元素，包括Al-Zn-Mg合金、Al-Zn-Mg-Cu合金等。目前，國際上對2xxx系和7xxx系鋁合金的成分、合成方法、軋制/擠壓/鍛造/熱處理等工藝、零件加工、結(jié)構(gòu)服役性能表征等都開展了深入的系統(tǒng)研究，材料產(chǎn)品發(fā)展已形成系列化，其中2xxx系主要包括2011、2014、2017、2024、2219、2A02、2A12、2A14、2A16等，7xxx系主要包括7075、7050、7150、7055、7085、7175等。

我國從20世紀(jì)60年代起，開始對高強(qiáng)高韌鋁合金開展深入研究，并開發(fā)和生產(chǎn)了適合我國國情的2xxx系鋁合金，積累了大量的先進(jìn)鋁合金材料制備技術(shù)。但與美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國對7xxx系鋁合金的研發(fā)起步較晚，在20世紀(jì)80年代才開始研制Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，產(chǎn)品主要有7075、7175及7050等。隨后于20世紀(jì)90年代中期，采用常規(guī)半連續(xù)鑄造法試制出7A55超高強(qiáng)鋁合金，近來又開發(fā)出強(qiáng)度更高的7A60合金。而在Al-Zn-Mg系鋁合金的研制上，我國基本都是仿制，很少自行開發(fā)。同時(shí)，由于整體設(shè)備較為陳舊落后，還不同程度的存在一定的裝備瓶頸，自動化程度有待進(jìn)一步提高。

鋁合金主要市場。目前，全球鋁合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)消費(fèi)主要集中在美國、日本、中國、德國、意大利等國家和地區(qū)，著名企業(yè)包括美國鋁業(yè)公司、加拿大鋁業(yè)公司、俄羅斯鋁業(yè)聯(lián)合公司和愛勵(lì)鋁業(yè)公司等。

工程塑料主要材料。在消費(fèi)類無人機(jī)領(lǐng)域，機(jī)體結(jié)構(gòu)多采用ABS、PP、改性PC、改性塑料和樹脂等輕質(zhì)低成本工程塑料材料。機(jī)身、機(jī)翼、護(hù)翼、起落架等部件都可以使用工程塑料，以工程塑料替代金屬材料在無人機(jī)制造領(lǐng)域具有四大優(yōu)勢：一是減輕機(jī)身重量，提升續(xù)航能力;二是降震減噪，提升整機(jī)抗沖性能;三是減少金屬材料對遠(yuǎn)程信號干擾;四簡化成型工藝，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性。

工程塑料技術(shù)發(fā)展。工程塑料的研發(fā)和生產(chǎn)始于美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家，已有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)較為成熟。目前，ABS生產(chǎn)工藝以乳液接枝本體SAN摻混法和連續(xù)本體法為主;PP生產(chǎn)工藝以Spheripol工藝、Borealis工藝、超臨界聚合工藝等為主，并向高熔體強(qiáng)度發(fā)展;改性PC品種繁多，其中玻纖增強(qiáng)PC、PC/ABS合金生產(chǎn)技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛;改性塑料的生產(chǎn)技術(shù)以填充、共混、增強(qiáng)等物理改性技術(shù)為主，原始配方基本處于市場公開的狀態(tài)。

工程塑料主要市場。國外的工程塑料供應(yīng)商主要包括美國陶氏杜邦、德國巴斯夫、日本東麗、LG化學(xué)、德國科思創(chuàng)（拜耳）、荷蘭帝斯曼和沙特sabic。國內(nèi)的供應(yīng)商則是以聚賽龍、廣州金發(fā)科技、合肥會通、錦湖日麗和深圳華力興為主。其中聚賽龍已為無人機(jī)輕量化專門設(shè)計(jì)系統(tǒng)材料方案，涵蓋了機(jī)身、機(jī)翼、護(hù)翼和起落架等部位，材料包括改性PC和PP。

電池關(guān)鍵材料

無人機(jī)電池系統(tǒng)的選擇一般受三方面因素的影響：一是無人機(jī)需要克服自身重力做功，要求電池輕質(zhì)化;二是無人機(jī)從懸停狀態(tài)提升到最高速度時(shí)，電池功率會迅速提高，要求電池可承受短時(shí)間內(nèi)巨大的功率變化;三是無人機(jī)的作業(yè)環(huán)境通常較為惡劣，要求電池具有優(yōu)異的能量密度和倍率性。目前，只有聚合物鋰離子電池能夠同時(shí)滿足上述要求，但聚合物鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間一般只能維持30分鐘左右，提升能量密度和倍率、降低電量消耗，已成為無人機(jī)電池的重要發(fā)展方向。短期來看，研發(fā)高容量高電壓的正極材料匹配高容量負(fù)極材料，可提高電池的能量密度，解決無人機(jī)續(xù)航問題。從長遠(yuǎn)來看，研發(fā)具有高能量密度的鋰硫電池、固態(tài)電池和燃料電池將成為主流。

正極材料主要材料。目前，市場化的無人機(jī)正極材料以鈷酸鋰為主，未來發(fā)展趨勢為高電壓鈷酸鋰、高能量密度的富鎳三元及富鋰錳基正極材料，性能對比見表2。技術(shù)發(fā)展。鈷酸鋰是最早實(shí)現(xiàn)商用化的正極材料，具有合成方法簡單、電化學(xué)性能穩(wěn)定、密度高等優(yōu)點(diǎn)。但鈷酸鋰的實(shí)際可逆比容量只有150mAh/g，無法滿足無人機(jī)長續(xù)航要求。高電壓充電狀態(tài)下鈷酸鋰可以發(fā)揮出更高的容量，依此來提升能量密度，是鈷酸鋰作為正極材料的重要研究方向。三元材料是指由三種化學(xué)成分、組分或部分組成的材料整體，高鎳三元材料中鎳的摩爾分?jǐn)?shù)通常大于0.6，具有高比容量、長循環(huán)壽命、低成本和低毒性特點(diǎn)，是一種很有前景的正極材料。目前，高鎳三元材料還存在一些技術(shù)問題。富鋰錳基正極材料放電比容量通常高達(dá)300mAh/g，具有寬電壓窗口、成本低、容量高、無毒安全等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)高能量密度和長時(shí)間續(xù)航的新一代鋰電池正極材料的理想之選。但目前富鋰錳基正極材料還難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

正極材料主要市場。在鈷酸鋰正極材料方面，我國在世界范圍內(nèi)占有絕對優(yōu)勢。2017年，國內(nèi)鈷酸鋰產(chǎn)量前三家企業(yè)分別為天津巴莫、廈門鎢業(yè)和湖南杉杉，三家產(chǎn)量之和占到全年國內(nèi)鈷酸鋰總產(chǎn)量的65%。

負(fù)極材料主要材料。電池成本中，負(fù)極材料約占5%～15%，是鋰離子電池的重要材料之一。全球無人機(jī)鋰電池負(fù)極材料仍然以石墨類碳材料為主，未來新型負(fù)極材料將向著高能量密度硅基和鋰金屬負(fù)極發(fā)展。

負(fù)極材料技術(shù)發(fā)展。石墨碳材料由于具有成本低、能量密度高等特點(diǎn)，在無人機(jī)電池負(fù)極材料市場中擁有主導(dǎo)地位，其中天然石墨（48%）與人造石墨（49%）占據(jù)了負(fù)極材料全球市場的97%。但隨著制作工藝的不斷完善，石墨類負(fù)極材料的壓實(shí)密度也已經(jīng)達(dá)到了極限，能量密度已無法滿足無人機(jī)長續(xù)航要求。硅的理論容量高達(dá)4200mAh/g，是石墨（372mAh/g）的十倍，在高續(xù)航無人機(jī)電池材料領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

但在充放電過程中，硅的脫嵌鋰反應(yīng)將伴隨大的體積變化（>300%），造成材料結(jié)構(gòu)破壞和機(jī)械粉化，導(dǎo)致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進(jìn)而失去電接觸，致使容量迅速衰減、循環(huán)性能惡化，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。金屬鋰具有高達(dá)3860mAh/g的理論比容量、3.04V的超負(fù)電極電勢以及較小的密度（0.534g/cm3），是構(gòu)建高能量密度電池的理想負(fù)極。但金屬鋰負(fù)極在反復(fù)充放電過程中易出現(xiàn)粉化、枝晶生長等問題，導(dǎo)致其循環(huán)性極差。同時(shí)，鋰枝晶生長造成電池短路可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，導(dǎo)致金屬鋰負(fù)極仍處于基礎(chǔ)研發(fā)階段。

負(fù)極材料主要市場。在石墨類負(fù)極材料方面，中國和日本是主要產(chǎn)銷國，龍頭企業(yè)分別是貝特瑞新能源材料股份有限公司和日立化成有限公司，兩家企業(yè)全球市場占有率接近50%。較大的企業(yè)還有日本三菱化學(xué)、日本炭素、日本JFE等。

新電池體系主要材料。為進(jìn)一步提升電池能量密度，增加無人機(jī)續(xù)航能力，具有高能密度的鋰硫電池、固態(tài)電池和燃料電池等新電池體系將成為發(fā)展主流，常見新電池體系特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀見表4。

新電池體系技術(shù)發(fā)展。目前，鋰硫電池、固態(tài)電池、燃料電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)均于起步階段。其中，鋰硫電池正極材料的比容量和穩(wěn)定性需進(jìn)一步提高，電池安全性等關(guān)鍵問題亟待解決;固態(tài)電池的材料導(dǎo)電性和功密度需重點(diǎn)提升;燃料電池的安全性、電催化劑壽命和氫氣充氣便捷性有待提高，制造成本有待降低。

新電池體系主要市場。與美、日等發(fā)達(dá)國家相比，我國針對新電池體系硫正極、固態(tài)電解質(zhì)和電催化劑等關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)研究存在嚴(yán)重不足，缺少相關(guān)專利及核心技術(shù)，需大力加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)，為搶占有利市場做好技術(shù)貯備。

主控芯片關(guān)鍵材料

飛行管理與控制系統(tǒng)是無人機(jī)“心臟”，對無人機(jī)的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、精確度和實(shí)時(shí)性有重要影響。主控芯片是無人機(jī)飛行管理與控制系統(tǒng)的核心零部件，直接決定了無人機(jī)的操控性能、通信能力和處理圖像信息能力，是無人機(jī)保持良好飛行性能的重要保障。主控芯片制造過程中，按產(chǎn)業(yè)鏈工藝環(huán)節(jié)可以將主控芯片材料分為晶圓制造材料和封裝材料。其中晶圓制造材料包括襯底、濺射靶材、CMP拋光材料、光刻膠、光罩、高純化學(xué)試劑、特種氣體等。封裝材料包括封裝基板、引線架、鍵合絲、包裝材料、芯片粘結(jié)材料等，其中襯底和封裝基板分別占比最大。

襯底主要材料。第一代半導(dǎo)體襯底材料以硅晶圓為代表。硅晶圓是主控芯片中價(jià)值最高、市場份額最大的材料（至少30%以上）。目前，市場上常用的硅片直徑為300mm（12英寸）、200mm（8英寸）及以下，12英寸硅片主要用于生產(chǎn)90nm-28nm及以下特征尺寸（16nm和14nm）的芯片，是晶圓廠商擴(kuò)產(chǎn)的主流。第二代半導(dǎo)體材料以GaAs和InP為代表。相對于硅具有更快的電子遷移率，因此更適用于高頻傳輸，在高性能無人機(jī)通信系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中有較大應(yīng)用。但是GaAs和InP材料資源稀缺、價(jià)格昂貴、有毒、污染環(huán)境，這些缺點(diǎn)大大限制了其在民用無人機(jī)主控芯片上的應(yīng)用。

襯底技術(shù)發(fā)展。在硅晶圓方面，450mm（18英寸）大硅片發(fā)展趨勢明顯，但制作大硅片對倒角、精密磨削等加工工藝要求很高，硅片良率是非常突出的問題。面對資金和技術(shù)的雙重壓力，國際晶圓廠商向大硅片轉(zhuǎn)移的速度放緩，預(yù)測到2020年左右，450mm的硅片有可能實(shí)現(xiàn)初步量產(chǎn)。我國大尺寸硅片生產(chǎn)技術(shù)落后于日、德等發(fā)達(dá)國家，目前已初步實(shí)現(xiàn)了200mm硅材料的批量生產(chǎn)，還沒有能力商業(yè)化生產(chǎn)300mm硅片。

襯底主要市場。在硅晶圓方面，全球一半以上的半導(dǎo)體硅材料產(chǎn)能集中在日本，尤其隨著硅晶圓尺寸的增大，壟斷趨于嚴(yán)重。2017年，全球前五大半導(dǎo)體硅片廠商日本Shin-Etsu（信越）、日本SUMCO（勝高）、中國臺灣環(huán)球晶圓、德國Siltronic和韓國LG Siltron共占據(jù)全球94%的份額，尤其對300mm硅片而言，其市場幾乎被前四家巨頭壟斷。在第三代半導(dǎo)體SiC方面，基本形成了美國、歐洲和日本三足鼎立的局面。

封裝基板主要材料。封裝基板是芯片封裝體的重要組成材料，占封裝材料銷售比重超過50%，可以分為有機(jī)、陶瓷和復(fù)合材料三種。

封裝基板技術(shù)發(fā)展。有機(jī)封裝基板是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)產(chǎn)品小型化、輕量化和低成本的一類重要材料。但是有機(jī)基板熱膨脹系數(shù)與芯片不匹配，可靠性不如陶瓷和復(fù)合基板，亟需開發(fā)低吸水率、高熱穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)率的有機(jī)基板材料。陶瓷封裝基板具有高化學(xué)穩(wěn)定性、高耐腐蝕性、氣密性好、熱導(dǎo)率高及熱膨脹系數(shù)匹配等優(yōu)點(diǎn)，但存在質(zhì)脆、制備工藝復(fù)雜和成本高等問題。復(fù)合材料基板，具有低介電常數(shù)、低密度、易機(jī)械加工、易大批量生產(chǎn)和成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著無人機(jī)小型化、智能化的發(fā)展，應(yīng)著重加強(qiáng)對低膨脹高導(dǎo)熱復(fù)合材料基板的基礎(chǔ)研究。

封裝基板主要市場。全球封裝基板行業(yè)基本由UMTC、Ibiden、SEMCO、Shinko等日本、韓國和我國臺灣地區(qū)企業(yè)壟斷，上述企業(yè)占據(jù)了全球封裝基板產(chǎn)業(yè)90%的市場份額?？傮w來看，國內(nèi)封裝基板占有率在全球仍處于較低水平，企業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平及產(chǎn)品專業(yè)性與外資企業(yè)相比仍存在一定差距，但提升趨勢明顯。

光刻膠主要材料。光刻膠又稱光致抗蝕劑，以高分子樹脂、色漿、單體、感光引發(fā)劑、溶劑以及添加劑為主要原料組成的對光敏感的混合液體，主要功能是通過光化學(xué)感應(yīng)曝光、顯影、刻蝕等工藝將所需微細(xì)圖形從光罩轉(zhuǎn)移到代加工的介質(zhì)上。

光刻膠技術(shù)發(fā)展。光刻膠成分復(fù)雜、工藝技術(shù)難度大。特別是無人機(jī)市場對產(chǎn)品小型化、功能多樣化及智能化的要求越來越高，需要通過不斷縮短曝光波長來提升光刻膠的分辨水平，光刻膠曝光波長由紫外寬譜向G線（436nm）→I線（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→F2（157nm）→極短紫外光EUV的方向轉(zhuǎn)移。目前，KrF和ArF光刻膠核心技術(shù)主要被日本和美國壟斷，我國光刻膠發(fā)展起步較晚，工藝生產(chǎn)水平、產(chǎn)能和質(zhì)量穩(wěn)定性等不能滿足要求。

光刻膠主要市場。全球光刻膠 生產(chǎn)商包括本JSR、Shin-Etsu、TOK，美國SEMATECH、IBM等，合占全球半導(dǎo)體光刻膠市場份額的95%左右。

CMP拋光材料主要材料。CMP拋光材料是晶圓制造的重要要材料之一，在整個(gè)半導(dǎo)體材料行業(yè)中占比7%，核心材料包括拋光墊和拋光液。

CMP拋光材料技術(shù)發(fā)展。CMP拋光材料制備技術(shù)門檻較高，其中拋光墊的技術(shù)壁壘在于溝槽設(shè)計(jì)和提高壽命改良，拋光液的技術(shù)壁壘在于調(diào)整拋光液組成以改善拋光效果，這些核心技術(shù)主要掌控在美、日等發(fā)達(dá)國家手中，并形成了技術(shù)封鎖。我國在CMP拋光領(lǐng)域起步較晚，缺乏獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)和品牌，目前以引進(jìn)國外技術(shù)，生產(chǎn)少量生產(chǎn)中低端產(chǎn)品為主。

CMP拋光材料主要市場。在拋光墊方面，美國陶氏化學(xué)占據(jù)90%的全球份額，處于壟斷地位，其他供應(yīng)商還包括日本東麗、3M、中國臺灣三方化學(xué)、卡博特等公司，合計(jì)份額在10%左右。在拋光液方面，全球主要供應(yīng)商包括日本Fujimi、HinomotoKenmazai，美國卡博特、杜邦，韓國ACE等公司，合占據(jù)全球90%以上的市場份額。

我國無人機(jī)材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

國家政策積極支持，發(fā)展環(huán)境不斷優(yōu)化。近年來，我國高度重視無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從基礎(chǔ)研發(fā)、市場、產(chǎn)業(yè)環(huán)境等不同層面出臺政策助力無人機(jī)材料發(fā)展。在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于加快新材料產(chǎn)業(yè)重創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等政策中，多次提出發(fā)展高性能碳纖維及復(fù)合材料、新型輕質(zhì)合金、大尺寸硅、光刻膠、鋰離子動力電池材料等材料，從基礎(chǔ)研發(fā)的角度推進(jìn)了無人機(jī)材料發(fā)展。在《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實(shí)施方案》中明確提到，支持微型和輕小型智能無人系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，突破高性能無人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能材料、自動巡航、遠(yuǎn)程遙控、圖像回傳等技術(shù)，在我國制造強(qiáng)國建設(shè)規(guī)劃中提出，將航空航天裝備列入重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行大力推廣，推進(jìn)無人機(jī)等航空裝備產(chǎn)業(yè)化，從市場和產(chǎn)業(yè)環(huán)境的角度推進(jìn)了無人機(jī)材料發(fā)展。

市場需求旺盛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長。隨著無人機(jī)技術(shù)的逐步成熟，我國無人機(jī)市場發(fā)展迅速。數(shù)據(jù)顯示，2015—2018年我國無人機(jī)市場銷售規(guī)模分別達(dá)到69.4億、108.8億、167.9億和253.8億元，年均增速36.1%，預(yù)計(jì)到2020年，無人機(jī)服務(wù)的總市場規(guī)模將在300億元以上。無人機(jī)市場規(guī)模迅速擴(kuò)張，對相關(guān)材料和器件的需求也不斷上漲。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新能力不斷提高。在市場需求牽引和國家宏觀政策的引導(dǎo)下，科研院所、上下游企業(yè)不斷加強(qiáng)對無人機(jī)用材技術(shù)的攻關(guān)和產(chǎn)品創(chuàng)新，一批重大突破相繼涌現(xiàn)，部分關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)了與國際領(lǐng)先水平并跑甚至領(lǐng)跑，技術(shù)不斷進(jìn)步、成本不斷降低、生產(chǎn)自動化不斷提高。