高效能金屬新材料（特種金屬功能材料、高階金屬結構材料）
一、金屬類新材料
金屬新材料按功能和應用領域可劃分為高效能金屬結構材料和金屬功能材料。高效能金屬結構材料指與傳統結構材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性、高延展性等特性的新型金屬材料，主要包括鈦、鎂、鋯及其合金、鉭鈮、硬質材料等，以及高階特殊鋼、鋁新型材等。金屬功能材料指具有輔助實現光、電、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金屬能源材料、催化淨化材料、資訊材料、超導材料、功能陶瓷材料等。
與其他材料相比，稀土具有優異的光、電、磁、催化等物理特性，近年來在新興領域的應用急速增長，其中永磁材料是稀土應用領域最重要的組成部分，2023年永磁材料佔稀土新材料消費總量的57%。在國家新興產業政策的推動下，新能源汽車、風力發電、節能家電等領域將拉動稀土永磁材料釹鐵硼磁體的需求出現爆發式增長。建議重點關注釹鐵硼行業龍頭中科三環、寧波韻公升，以及稀土資源類企業包鋼稀土、廈門鎢業等。
鋼鐵材料、稀有金屬新材料、高溫合金、高效能合金是屬於金屬類工程結構材料。
①、鋼鐵材料和稀有金屬新材料
鋼鐵材料提高鋼材的質量、效能，延長使用週期，在鋼鐵材料生產中，應用資訊科技改造傳統的生產工藝，提高生產過程的自動化和智慧型化程度，實現組織細化和精確控制，提高鋼材潔淨度和高均勻度，出現低溫軋制、臨界點溫度軋制、鐵素體軋制等新工藝。
稀有金屬新材料指高強、高韌、高損傷容限鈦合金，以及熱強鈦合金、鋯合金、難熔金屬合金、鉭鎢合金、高精度鈹材等。
②、高溫合金和高效能合金
高溫結構材料主要種類包括：高溫合金、粉末合金、高溫結構金屬間化合物，以及高熔點金屬間化合物等。
二、高效能結構材料
從世界上新材料的發展趨勢看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產一直在向短流程、高效率、節能降耗、潔淨化、高效能化、多功能化的方向發展。結構材料其主要功能是承擔負載（如火車、汽車、飛機）。汽車用鋼近年來已從一般鋼鐵發展為使用高強合金鋼、鋁合金或特殊的高強mg基合金，高強ti合金在高強鋼中有重要位置，不鏽鋼則有取代碳鋼的趨勢。
用於軍用飛機的al合金及一般鋼材則被先進的ti合金及高分子基複合材料所取代。進一步還需要發展碳纖維增強複合材料或al基複合材料。
結構材料的主體有：
（1）鋼鐵
鋼鐵材料，特別是具有多相結構和複雜成分的優質鋼具有重要的應用前景和潛在優勢，需要開展相應的基礎研究。聯絡微公尺和奈米技術的奈米層間結構、織構以及晶界和介面都可視為改善鋼鐵材料的重要途徑。
（2）al合金
al基材料及相應的沉澱硬化效應導致高強鋁合金的出現，相關技術工藝已發展為「沉澱科學」，它涉及「相」間晶體結構的匹配性以及合金的穩定性，特別是時效合金的穩定性直接影響航空或空間應用，因此可視為al合金基礎研究中的重要問題。
（3）mg合金
鎂及鎂合金廣泛應用於冶金、汽車、電單車、航空航天、光學儀器、計算機、電子與通訊、電動、風動工具和醫療器械等領域。鎂合金是最輕的工程結構材料，以其優良的導熱性、減振性、可**性、抗電磁干擾及優良的遮蔽效能等特點，被譽為新型「綠色工程材料」、21世紀的「時代金屬」。
（4）ti合金
ti合金在軍用或民用航空工業的發展中有重要位置，多相奈米尺度層狀微結構問題對高強ti基合金的特性具有重要意義，它將成為設計新ti基合金的關鍵因素。
三、 國內外金屬新材料的發展概況
（一）國外金屬材料的發展概況：
目前世界上已有50萬種材料，而新材料正以每年大約5%的速度增長，現今全世界已有800多萬種人工合成的化合物，而且每年還以25萬種的速度遞增，其中有相當一部分將成為新材料。新材料在新興技術中的產值居於首位，2023年全世界12項新興技術的市場總營業額達到10000億美元，其中新材料佔40%。新材料國際市場需求旺盛，預計2007-2023年鋰離子電池產業進入相對平穩增長階段，銷售收入增長率為5.
85%；
1. 新材料主要領域發展概況
鋼鐵業是全球最大金屬產業和第二大人造材料產業，其年產量達7.5億噸，位居水泥的11億噸之後。作為結構材料，鋼鐵產品在社會生活中應用非常廣泛，無論是當前還是今後較長時間內鋼鐵材料都將佔主導地位。
世界鋼鐵工業技術進步的主流是縮短流程、減少工序、降低能耗降低成本、提高質量、提高效率，使鋼鐵工業從粗放式向集約化方向發展。目前鋼鐵技術的發展主要涉及到鋼鐵冶煉新技術，鋼鐵生產新工藝流程的開發，鋼鐵材料的連鑄連軋技術、鋼鐵用能新技術、軋鋼技術、冷軋產品的高質和高功能化以及計算機系統在鋼鐵工業中的應用等幾個方面。
有色金屬是指元素週期表中除金屬鐵、錳、鉻以外的64種金屬。由於這些金屬具有一系列獨特的效能和奇異的功能，如半導體功能、形狀記憶功能、介電功能、光、磁、熱、化學和核能等，在材料領域裡獨樹一幟，應用極廣，成為人類文明發展中不可缺少的物質。21世紀，人類面臨資源枯竭、環境汙染、人口劇增三大難題，有色金屬材料在解決這些難題過程中起著獨特的、不可替代的作用，有色金屬材料的生產水平和應用程度已成為乙個國家綜合國力的標誌之一。
其技術發展方向是合成技術向純淨化、細晶體、均質化、強韌化和複合化方向發展，加工技術向高效、節能、短流程、高精度、環保型發展，新型鋁合金、鎂合金、鈦合金的應用越來越廣。
新能源材料則是指實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術中所要用到的關鍵材料，主要包括鎳氫電池材料、鋰離子電池材料、燃料電池材料、太陽能電池材料以及核反應堆用核能材料等。
複合材料是指由兩種或兩種以上不同材質的材料通過適當的工藝方法復合而成的一種多相材料體系，按其基體種類可分為聚合物基複合材料、金屬基複合材料和陶瓷基複合材料三類。複合材料技術發展趨勢是：金屬基複合材料中非連續增強複合材料迅速發展，航空和宇航方面的應用前景好；美國和西歐各國側重於航空和軍事應用，日本則力求把它應用在工業上。
資訊科技是21世紀高技術發展的先導，而電子資訊材料則是資訊科技發展的物質基礎。電子資訊材料主要包括電子計算機所用的積體電路材料（半導體材料）、與電子計算機配套使用的資訊儲存材料、光電子材料、感測器材料、磁性材料、電子功能陶瓷、光傳導纖維、綠色電池材料等。電子材料技術發展趨勢是：
積體電路和半導體器件所用的材料由單片整合向系統整合發展；光電子材料向奈米結構、非均值、非線性和非平衡態發展；新型電子元器件用材料主要向小型化、片式化方向發展。
2. 主要國家材料科技發展概況
現代科技發展表明，每一項重大的新技術產生，往往都依賴於新材料的發展，由於新材料在發展高技術、改造和提公升傳統產業、增強綜合國力和國防實力方面起著重要的作用，世界各發達國家都非常重視它的研究開發工作，並制定了相關發展計畫，例如美國、日本、歐盟、俄羅斯、南韓等。
美國材料科技的戰略目標是保持本領域的全球領導地位，支撐資訊科技、生命科學、環境科學和奈米技術等的發展，滿足國防、能源、電子資訊等重要部門和領域的需求。美國把生物材料、資訊材料、奈米材料、極端環境材料及材料計算科學列為主要前沿研究領域。美國正在執行的材料相關規劃比較多，分為國家層次及部門層次兩種。
這些規劃主要包括：未來工業材料計畫、國家奈米技術計畫（nni）、21世紀奈米技術研究開發法案、美國氫燃料電池研究計畫、光電子計畫、光伏計畫、下一代照明光源計畫、先進汽車材料計畫、建築材料計畫。其中與金屬新材料有關的有：
奈米材料、極端環境材料、先進汽車材料計畫、建築材料計畫。
日本材料科技戰略目標是保持產品的國際競爭力，注重實用性，在尖端領域趕超歐美。日本科學技術基本計畫重點是生命科學、資訊通訊、環境、奈米技術與材料等四大領域。日本注重於已有材料的效能提高、合理利用及**再生，並在這些方面領先於世界。
日本對新材料的研發與傳統材料的改進採取了引進的策略，在結構材料的研究主要集中在超級鋼、高效能鋁合金、鈦合金、鎂合金、銅合金、鋅合金、高效能陶瓷、超細陶瓷粉體、高效能高分子材料、複合材料方面；材料技術上的發展重點為高純度化、薄膜化、纖維化、微粒化、氣孔化、緻密化、複合化、非晶化、梯度功能化、精密成形化等技術。主要規劃有：科學技術基本計畫；奈米材料計畫；21世紀之光計畫；超級鋼鐵材料開發計畫等。
歐盟是政治、經濟聯盟，也是科技聯盟。歐盟材料科技戰略目標是保持在航空航天材料等某些領域的競爭領先優勢。2023年歐盟科研部門指出歐盟準備大力發展的十大材料領域是催化劑、光學材料和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生學、奈米生物技術、超導體、複合材料、生物醫學材料以及智慧型紡織原料，並認為未來新材料學的研究將體現三大技術特徵：
①製作技術，新的加工工藝和製造方法將使材料的生產實現從實驗室走向工業化；②模仿技術，從材料的自然特性仿製到材料混合特性的研究；③**技術，開發新的模型和試驗方法，從而縮短材料的試驗週期。
俄羅斯發展新材料的戰略目標是：一方面力求繼續保持某些材料領域在世界上的領先地位，如航空航天材料、能源材料、化工材料、金屬材料、聚合材料等；另一方面大力發展促進國民經濟發展和提高國防實力有影響的領域，如電子資訊工業、通訊設施、計算機產業等所用的關鍵新材料。俄羅斯在新材料發展中採取的基本策略是：
在處理發展高新技術和傳統產業關係的同時，做到研發新材料與有效使用傳統材為有機結合，在注重研發高新技術所需新材料的同時，對於現有的一般技術所需要的材料進行優選和更新，進而提高利用率。使研發新材料有的放矢、重點突出、週期縮短、效果顯著。俄羅斯新材料的主要研發方向是結構材料和功能材料，具體為金屬材料、陶瓷材料、複合材料、高分子材料、高純度材料以及生物材料、超導材料和奈米材料等。
俄羅斯在航空航天以及與國防有關的材料方面投入很大，以期保持在國防與空間技術方面與美國抗衡的實力。
南韓材料科技的戰略目標是繼美國、日本、德國之後，成為世界產業第四強國，材料科技被認為是確保2023年國家競爭力的6項核心技術之一，也是為其他領域技術實現突的破鋪路技術。與材料相關的主要規劃為：南韓科技發展長遠規劃--2023年構想；新產業發展戰略；奈米科技推廣計畫；nt（奈米技術）綜合發展計畫（2001-2023年）；南韓的g7計畫及2025構想提出了針對高新材料的發展方向，在新材料產業戰略中對鋼鐵、化工材料的發展制定了明確目標；生物工程科學發展計畫；原子能技術開發計畫等。
（二）國內金屬新材料的發展概況
1. 國家高度重視金屬新材料的發展
高效能金屬材料產業是高新技術發展的重要基礎和先導產業，前沿技術不斷突破，新產品開發不斷加快，在新材料領域中占有重要的戰略地位。目前，高效能金屬材料技術正處於加快發展的關鍵時期，作為當今科技創新和產業化的重要前沿領域，高效能金屬材料產業的發展水平成為乙個國家和地區經濟社會發展、科技進步和綜合實力的重要標誌之一。
據科技部火炬中心統計，2023年全國高新區的新材料產品有2661種，年銷售收入達到676.79億元，佔主要技術領域合計的12%。到2023年底，省級認定的以新材料為主導產業、銷售收入過億元的高新技術企業有661家，佔銷售收入過億元的高新技術企業總數的25.
9%。到2023年止，科技部認定的以新材料為主導產業的重點高新技術企業221家，佔重點高新技術企業總數的28.3%。
國家「十五」規劃中明確地指出要有選擇加快資訊科技、生物工程和新材料等三個高新技術產業，新材料列為最重要的發展領域之一。根據有關機構**，近幾年內，新材料產業市場需求平均年增長約在10%以上，我國新材料產業正處於強勁的發展態勢。
「863」計畫，是國家的中長期高技術研究與發展計畫，其中的7個高技術研究領域中，新材料研發被作為重點之一。一是光電子材料及器件主題：二是特種功能材料技術主題；三是高效能結構材料技術主題：
以國民經濟建設中的重大需求為導向，發展具有自主智財權的高效能結構材料及其先進製備、成形與加工技術，重點開發輕質、高強度的結構材料，第一批課題安排了45個專案。
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