推進(jìn)“泡沫鋁夾芯板”技術(shù)在沈陽市就地產(chǎn)業(yè)化的政策研究

武利珍 劉偉奇

〔內(nèi)容提要〕本文首先介紹了“泡沫鋁夾芯板”技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展背景，然后對沈陽市該項目的技術(shù)進(jìn)步及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展構(gòu)想進(jìn)行詳細(xì)的說明。最后，為使該項技術(shù)就地產(chǎn)業(yè)化并步入加速發(fā)展的快車道，建議沈陽市政府及有關(guān)部門進(jìn)一步加大支持力度，使之早日成為支撐全市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的增長極。

〔關(guān)鍵詞〕泡沫鋁夾芯板 就地產(chǎn)業(yè)化 政策建議

作為我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一的新材料產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性支撐作用?！芭菽X”作為新材料領(lǐng)域的一顆高科技耀眼新星，已開始展現(xiàn)出廣闊的市場前景和巨大的盈利空間。鑒于東北大學(xué)開發(fā)的“泡沫鋁夾芯板”專利技術(shù)（以下簡稱“東北大學(xué)該項技術(shù)”）已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，加之沈陽市擁有“東北大學(xué)”“中科院沈陽金屬所”“材料科學(xué)國家實驗室”以及“沈飛”“寶馬”等重要的科技、產(chǎn)業(yè)資源，亟需沈陽市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)政策，整合相關(guān)優(yōu)勢，加快“泡沫鋁夾芯板”產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，使之盡快成為沈陽新的經(jīng)濟(jì)增長點。

一、泡沫鋁夾芯板技術(shù)發(fā)展背景

泡沫鋁又稱發(fā)泡鋁，是主要以氫化鈦為增粘劑和發(fā)泡劑，在一定的溫度條件下使液態(tài)/半固態(tài)鋁中均勻分布?xì)馀荻瞥傻?；是一種集結(jié)構(gòu)—性能一體化的新型功能材料。鑒于其除具有超輕特性外，還具有吸音、隔音、吸能及電磁屏蔽等功能，該材料已被廣泛認(rèn)為是“二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男虏牧稀薄６菽X夾芯板既具有發(fā)泡鋁的優(yōu)異特性，又因其“三明治”結(jié)構(gòu)使該材料的比強(qiáng)度、比剛度較單一發(fā)泡鋁顯著提升，且較好解決了與其它材料的連接、裝配等問題。迄今的產(chǎn)業(yè)化實踐表明，該材料是一種在交通運輸、汽車制造、航空航天、國防軍工等戰(zhàn)略領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的結(jié)構(gòu)功能一體化先進(jìn)材料。

從國際看，泡沫鋁一經(jīng)問世就引起了一場材料革命，率先得到了美國、日本、加拿大、德國、韓國以及以色列等國業(yè)界熱烈歡迎，迄今已在這些國家的航空航天、軌道交通、建筑材料、交通運輸、汽車制造、造船等領(lǐng)域得到應(yīng)用并開始向全球擴(kuò)散。目前，世界上生產(chǎn)技術(shù)比較成熟并能批量提供商品的有：加拿大Cymat公司提供的Cymat，美國加州ERG公司提供的Duocel，德國Fraunhofer研究所提供的IFAM（閉孔結(jié)構(gòu)），日本Shinko-wire公司提供的Alporas，英國Porvair公司提供的Metpore，奧地利Alulight國際公司提供的Alulight等。

從國內(nèi)看，在有關(guān)高校、科研機(jī)構(gòu)對泡沫鋁生產(chǎn)制備工藝及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化基礎(chǔ)研究和試驗，特別是在相繼取得一些小試、中試等階段性成果的基礎(chǔ)上，我國泡沫鋁技術(shù)自2010年前后開始產(chǎn)業(yè)化，并于2015—2017年開始在軌道交通、車船配件、軍工航天、重大裝備和建筑隔音等行業(yè)迅速發(fā)展，形成了四川“元泰達(dá)”、廣東“鋁邦”、山西“普泰”以及遼寧“融達(dá)”等20家左右規(guī)模不等的企業(yè)。目前，該行業(yè)正處在爆發(fā)式發(fā)展的前期，年增長速度已超過50%，市場分析顯示2020年我國需求量大約為25萬噸，約占世界總消費量的5%，產(chǎn)值約125億元人民幣。未來5年，由于國內(nèi)汽車、高鐵、城市軌道、航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及“一帶一路”倡議的深入實施，我國對泡沫鋁材料的需求有望大幅提升，泡沫鋁年需求量有望超過40萬噸，其國內(nèi)市場規(guī)?？蛇_(dá)到200億元人民幣以上。

從沈陽市看，自2006年東北大學(xué)繼日本之后在國內(nèi)成功自主研發(fā)“泡沫鋁材料”以來，該校在持續(xù)推進(jìn)此項技術(shù)進(jìn)步、重點攻關(guān)泡沫鋁夾芯板技術(shù)的同時，也一直在探索相關(guān)產(chǎn)業(yè)化路徑乃至規(guī)劃建設(shè)“泡沫鋁材料產(chǎn)業(yè)基地”等。囿于高校自身的產(chǎn)業(yè)投資與市場經(jīng)營能力“短板”，以及政策支撐不足，雖若干重要環(huán)節(jié)取得突破，但迄今全市該領(lǐng)域僅有一家只能零星組織生產(chǎn)的企業(yè)，產(chǎn)業(yè)化尚處在初始培育階段。

二、東北大學(xué)該項技術(shù)進(jìn)步及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展構(gòu)想

目前，國內(nèi)泡沫鋁夾芯板材料——作為泡沫鋁產(chǎn)品的重要形式，其制備技術(shù)還不夠成熟完善，集中表現(xiàn)為泡沫鋁塊體經(jīng)切割為板材后與鋁板等面板通過膠粘實現(xiàn)界面連接，由此導(dǎo)致制品規(guī)格較?。ò鍖捫∮?00mm），且由于粘接泡沫鋁夾芯板的面板與芯層界面結(jié)合強(qiáng)度較低，使材料整體強(qiáng)度及緩沖吸能性能不夠理想，在作為結(jié)構(gòu)材料使用時極易出現(xiàn)災(zāi)難性后果。而具有面板與芯層界面冶金結(jié)合特征的泡沫鋁夾芯板在承受彎曲及沖擊載荷時則具有良好的整體性，可保證芯層泡沫鋁充分發(fā)揮緩沖吸能作用，是泡沫鋁材料工程化制備技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要方向。為此，東北大學(xué)將突破泡沫鋁夾芯板面板與芯層界面冶金結(jié)合技術(shù)“瓶頸”以及開啟產(chǎn)業(yè)化作為主攻方向并取得顯著成效。

（一）相關(guān)技術(shù)日趨成熟

2005年東北大學(xué)相關(guān)課題組啟動了具有界面冶金結(jié)合特征的泡沫鋁夾芯板材料研發(fā)工作，成功開發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軋制復(fù)合——粉末冶金發(fā)泡短流程制備技術(shù)，形成了國家發(fā)明專利“一種泡沫鋁夾芯板制備方法”（專利號：201010233462.X）。2017年起，該課題組與中鋁集團(tuán)東北輕合金有限責(zé)任公司密切合作，成功完成了該項技術(shù)的“中試”驗證，確定了基于芯層粉末致密度、面板/芯層界面結(jié)合強(qiáng)度與板形精度的多階段軋制規(guī)程，形成了具有界面冶金結(jié)合特征的泡沫鋁夾芯板短流程完整制備技術(shù)。該技術(shù)解決了以泡孔質(zhì)量為核心的發(fā)泡劑改性處理與低溫發(fā)泡工藝的關(guān)鍵技術(shù)難題，突破了大尺寸樣品粉末均勻性與凝固過程控制的工業(yè)制備瓶頸。2020年1月，該課題組基于突破多項泡沫金屬材料工程化制備關(guān)鍵共性技術(shù)的國家發(fā)明專利——“一種工業(yè)用大尺寸泡沫鋁夾心板的制備方法”獲得授權(quán)（專利號：201810526584.4），并且依托該技術(shù)申報的PCT國際專利（國際申請?zhí)枺篜CT/CN2018/088964）也收到國際檢索單位書面意見，認(rèn)為該技術(shù)具有顯著的新穎性、創(chuàng)造性和工業(yè)實用性。

高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）獎勵是僅次于國家三大獎的重要科技獎項。2019年，該課題組完成的項目“層狀金屬復(fù)合材料制備理論與技術(shù)研究”被評為高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)獎二等獎，標(biāo)志著課題組在泡沫金屬基礎(chǔ)研究及面向材料復(fù)合化、功能化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了重要發(fā)現(xiàn)和顯著進(jìn)展。

2019年4月，在瑞士日內(nèi)瓦舉行的第47屆國際發(fā)明展上，該課題組的“運輸用大尺寸泡沫鋁夾心板材料”項目在1000多項參展項目中脫穎而出，被該展主辦方之一聯(lián)合國世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）授予發(fā)明人特別大獎（WIPO Medal for Inventors），該獎項是國際知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域?qū)Πl(fā)明類科技成果的最高獎項。此外，該項目還獲該展特別嘉許金獎及俄羅斯鐵路局頒發(fā)的俄羅斯JSC NIIAS最佳發(fā)明獎?！吨袊請蟆贰渡蜿柸請蟆罚ū簧蜿栒W(wǎng)轉(zhuǎn)載）、光明網(wǎng)、中國新聞網(wǎng)、東北新聞網(wǎng)、鳳凰網(wǎng)、中國高校之窗等20余家報刊、網(wǎng)站對此進(jìn)行了專題報道。

總之，與國內(nèi)外同類技術(shù)比較，該課題組研發(fā)的大尺寸泡沫鋁夾芯板材料制備技術(shù)具有工藝流程短、制品界面實現(xiàn)冶金結(jié)合、泡孔質(zhì)量及板形精度好、產(chǎn)品成材率高、制造成本低等明顯優(yōu)勢，高度契合沈陽汽車及零部件、裝備制造等傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)升級以及航空航天、新材料等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實與長遠(yuǎn)需要，更憑借其技術(shù)成熟度高，有望成為沈陽、遼寧乃至國家的重要創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源。

（二）成果轉(zhuǎn)化進(jìn)展明顯

基于泡沫鋁夾芯板材料具有優(yōu)異的綜合性能，特別是在沈陽航空航天、汽車輕量化、機(jī)械制造等重點工業(yè)領(lǐng)域及戰(zhàn)略發(fā)展方向上具有的廣泛需求，該課題組在遼寧省金屬材料產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)創(chuàng)新平臺的規(guī)劃與指導(dǎo)下，自2015年起與中航工業(yè)沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所、華晨汽車工程研究院、沈陽機(jī)床股份有限公司等科研機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)單位聯(lián)合開展了泡沫鋁夾芯板材料應(yīng)用構(gòu)件研發(fā)工作，初步完成了軍用飛機(jī)地板、汽車防撞梁和機(jī)床減振平臺的設(shè)計與可行性論證。小尺寸樣品及使役性能測試結(jié)果充分顯示，該材料對提升軍用飛機(jī)及汽車整體輕量化水平與安全性作用顯著；在以獲得阻尼減振性能為主要目標(biāo)的機(jī)床減振平臺設(shè)計方面也體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢；可望為未來我國海軍多類型艦艇、陸軍作戰(zhàn)平臺的防爆降噪、電磁屏蔽的發(fā)展提供新的材料選擇。

基于該課題組研制的泡沫鋁夾芯板材料具有的良好綜合性能及特殊服役環(huán)境的較強(qiáng)適應(yīng)性，該課題組還與中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所合作研制“空間反射鏡”樣品。通過將泡沫鋁夾芯板表面精密機(jī)加工成鏡面，其地面交變溫度及持久測試顯示，該材料整體穩(wěn)定性表現(xiàn)良好，鏡面曲率符合規(guī)定要求，較當(dāng)前使用的鋁合金鏡面結(jié)構(gòu)減重35—40%。

就裝備制造工藝而言，泡沫鋁夾芯板材料的寬度尺寸直接影響其應(yīng)用領(lǐng)域。在國內(nèi)泡沫鋁板供應(yīng)商中，遼寧融達(dá)、杭州龍邦、山西普泰均只能生產(chǎn)寬度為600mm的泡沫鋁板，四川元泰達(dá)的產(chǎn)品最寬也僅能達(dá)到800mm。該課題組研發(fā)的目標(biāo)產(chǎn)品寬度為1000mm，是當(dāng)前國內(nèi)商用泡沫鋁夾芯板最大寬度尺寸，也是汽車制造、軌道交通、國防軍工等應(yīng)用領(lǐng)域需求量最大的尺寸規(guī)格，預(yù)示著該課題組規(guī)劃的產(chǎn)品將具有更加廣闊的市場前景。

（三）發(fā)展構(gòu)想基本形成

立足組東北大學(xué)該項技術(shù)，依據(jù)該課題組對可資依托的人才、產(chǎn)業(yè)、平臺等創(chuàng)新資源分析，特別是與沈陽航空航天、汽車制造、數(shù)控機(jī)床等戰(zhàn)略行業(yè)重點企業(yè)初步銜接，以及對泡沫鋁夾芯板產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需規(guī)模預(yù)測，設(shè)想“十四五”時期，沈陽市有條件，也有必要建成國家重要的泡沫鋁夾芯板產(chǎn)業(yè)基地。

1.產(chǎn)品目標(biāo)。主要產(chǎn)品為1000mm×1000mm×（15～30）mm泡沫鋁夾心板。其芯層泡沫鋁泡孔直徑2～5mm，孔隙率50%～90%；夾心板界面結(jié)合強(qiáng)度≥75MPa；三點抗彎強(qiáng)度≥45MPa；吸能性達(dá)到≥25J/cm3；10～800MHz下，電磁波屏蔽效能≥80dB。

2.規(guī)模目標(biāo)。規(guī)劃基地年產(chǎn)量為250萬平方米、5萬噸，預(yù)計產(chǎn)品銷售總額可達(dá)25億元、利潤可達(dá)7.5億元。

3.戰(zhàn)略步驟?？紤]實現(xiàn)上述規(guī)劃目標(biāo)分“三步走”：2021年建成年產(chǎn)量為5萬平方米的“產(chǎn)業(yè)化示范項目”；2022—2023年形成年產(chǎn)量為100萬平方米的產(chǎn)業(yè)集群；2024—2025年建成目標(biāo)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)基地。

三、推進(jìn)東北大學(xué)該項技術(shù)就地產(chǎn)業(yè)化的建議

為使該項技術(shù)就地產(chǎn)業(yè)化并步入加速發(fā)展的快車道，建議沈陽市政府及有關(guān)部門進(jìn)一步加大支持力度，使之早日成為支撐全市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的增長極。

（一）建立由沈陽市經(jīng)信委牽頭，發(fā)改委、科技局、教育局、人社局等有關(guān)部門參加的“泡沫鋁夾芯板技術(shù)產(chǎn)業(yè)化聯(lián)席會議機(jī)制”，負(fù)責(zé)推進(jìn)沈陽市發(fā)展該產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略研究以及協(xié)調(diào)解決其產(chǎn)業(yè)化過程中遇到的重大問題。

（二）在該機(jī)制下，由東北大學(xué)牽頭組建有產(chǎn)學(xué)研用各方參加的泡沫鋁夾芯板技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略聯(lián)盟，協(xié)調(diào)該項技術(shù)升級以及產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建工作及行使行業(yè)協(xié)會職能。

（三）在該機(jī)制指導(dǎo)下，由該戰(zhàn)略聯(lián)盟編制《沈陽市泡沫鋁夾芯板產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，統(tǒng)籌確定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體目標(biāo)、主要任務(wù)、對策措施，形成沈陽市培育發(fā)展該產(chǎn)業(yè)的時間表和路線圖。

（四）持續(xù)將東北大學(xué)該項技術(shù)納入市科技計劃以及市“重大科技成果轉(zhuǎn)化專項”，并助力東北大學(xué)爭取將其列入省乃至國家科技計劃以及相應(yīng)的“重大科技成果轉(zhuǎn)化專項”。

（五）以部分市政府引導(dǎo)基金并積極爭取省政府乃至國家引導(dǎo)基金，帶動市場化風(fēng)投基金及其他社會資本，投資東北大學(xué)該項技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化項目，助力其渡過風(fēng)險較大的市場化初期階段。

（六）在國家已實施“重大技術(shù)裝備首臺套鼓勵政策”的基礎(chǔ)上，以支持東北大學(xué)該項技術(shù)產(chǎn)品實際應(yīng)用為對象，爭取省乃至國家同意沈陽市率先開展“戰(zhàn)略性新材料初期應(yīng)用鼓勵政策”改革試點，試驗成功后循序推廣。

（七）將東北大學(xué)該項技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范項目納入市政府組織的對外招商引資計劃，并通過政府的國內(nèi)外各類“窗口”加大宣傳推介力度；同時爭取將其納入“京沈合作”“粵遼合作”規(guī)劃以及中日、中韓產(chǎn)業(yè)園合作項目，努力使該項目成為立足沈陽、全方位開放的示范項目。

（作者單位：1.中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司辦公室；2.中國東北振興研究院）