Wednesday, August 6, 2014

材料技术是中国走向制造强国的最大壁垒


老听说中国缺乏某某核心技术,制造业大而不强。中国到底具体缺了什么核心技术,而必须依赖西方国家进口呢? 是不是所有中国进口的技术都是我们缺的技术呢?在我们不能造的产品里,具体是因为什么缺口和空白导致我们造不了呢?要回答这些问题,必须从中国在全球的产业结构中的位置这个大图像来分析。我自己一直对这个问题很感兴趣,在业余时间做了一些研究和了解。这里写下来跟大家分享交流一下。

在世界各国的经济发展的历史里,有一条简单而永恒的真理,就是一个国家要想富,必须得能设计和制造其他国家造不了的东西。如果其他国家也能造,那你得比人家成本更低。发达国家之所以发达,不是因为他们的律师和医生挣得比我们的律师医生多,或者他们的金融精英有多优秀,而是因为他们卖一架飞机等于我们卖一百万个海尔冰箱。这个道理我相信大家都容易明白的。我国从80年代开始,出口产品已经迅速地从低端加工产品(成衣,玩具等)升级成以中端的机电产品为主。这是一个很好的趋势。但是,这些机电产品,其他国家能不能造呢? 答案是可以的。准确的说,这些产品,由于技术壁垒不高,很多东南亚国家都可以造。中国之所以还有出口的竞争力,靠的是人多,低利润和速度。所以,要成为发达工业国家,必须要能造一些技术壁垒高的产品。另外很重要一点就是,造东西不完全为了出口,也为了自给。在跟国计民生有密切联系的领域,例如能源,通信和国防等,核心的技术必须由自己掌握。否则在战争时期就人为刀俎了。

下面我来具体在汽车,能源,信息,航空和国防等领域来分析一下中国所缺乏的核心技术。
先说说我们生活离不开的汽车。几乎没有一个发达工业国家可以离开一个成功的汽车工业。关注汽车国产化的人,或者随便到汽车论坛里转转,都知道国产汽车有两个短板: 车身材料和发动机。汽车材料要求轻薄,但高强度。高强度钢板一直是中国钢铁行业的一个死穴。代表国内最高水平的宝钢的高强度钢板跟国外比强度只有人家三分之一不到。当强度做上去了,防腐蚀性能又不够好。大街上跑的汽车,无论国产还是日产,打开盖看看,基本用得都是日本的发动机。发动机的核心还是材料。发动机要求耐高温,但要轻。这就要高温铝合金。可惜这些技术中国一直没有掌握,导致汽车里最贵的发动机和钢板一直要进口。中国自己组装的汽车出口只能赚劳务费。
中国是一个能源匮乏的国家。尽管我们蕴藏丰富的煤矿,但是石油基本靠进口。最近跟毛子签订长期天然气合同,我们必须发展燃气轮机作为天然气发电的渠道。轮机叶片要求高温性能好,并保持高强度的合金。和飞机发动机涡轮盘片有点类似。这种金属材料技术是兵家必争之地,在文献专利里是只字不提的。一个连汽车发动机材料都没搞定的国家,谈何攻破燃气轮机呢? 中国另外一个能源突破口是核电。现在中国的核电机组主要是第二,三代压水反应堆。要进入世界最高水平的第四代快堆,中国最搞不定的是反应堆压力容器。这个容器可以想象成一个巨型的高压锅,不但能耐上千度的高温,GPa的压力,而且还得抗高能粒子的长期辐射。毫无疑问,这又是一个极其挑战的材料问题。目前只有日本和法国可以做。显然人家会跟你开天价,或者甚至不卖给你啊。一重集团有实验堆,但离真正的反应堆还有一定距离。能源是一个国家的血管。美国通过控制日本韩国的石油输送来控制他们。中国要不想战争时期被像蚂蚁一样掐死,就得发展自己的能源技术。
说说信息吧。应该说这是咱们强项了吧。百度,微信。阿里巴巴都去美国上市了。联想都成为全球最大组装机品牌。别忘了信息技术最核心的cpu芯片我们还造不了。别说cpu这种高端芯片了,打开苹果的iphone,里头最值钱的几个部件cpu, 射频通信,oled屏幕,这些主要的半导体产品,没有一样是国产的。每年中国工科大学出来这么多电子工程师,难道我们不会设计手机芯片里的数字电路吗? 仔细了解你会发现,半导体产业链最上层是半导体制造设备。这些光刻机,离子注入机还有刻蚀机动则上千万美元一台。除了自动化程度高以外,很大一点是国外厂商对半导体材料的工艺掌握得很深。试想,在12寸宽的硅片上做上十亿个22纳米的晶体管,要求良率是99.999%,这个不靠材料科学靠什么。
航空工业是现代工业的桂冠。还记得当年江总访问美国带着上亿民工的心血去跟人家换几架747吗? 直到2014年,上海的商飞集团才生产出短途的区域性客机。飞机技术难点跟汽车相似,只是难度高一百倍。机身要求轻,强的材料。最先进的787用碳纤维复合材料。这方面日本的东丽公司最厉害。自然,这也是对中国封锁的技术。当我们决定集中精力专攻T800等级的碳纤维,人家已经量产T1200了。没有轻的机身材料,自然飞得不远。一提起航空工业,不少人马上想起中国最最郁闷的短板,航空发动机。跟燃气轮机一样,航发的核心技术是涡轮叶片。发动机讲究推重比,就是推力和重量的比例。要提高这个比例,就要提高燃料燃烧的温度。这又是高温合金的问题。任何金属在高温情况下会发生蠕动。最好的叶片整个采用镍合金单晶,这样蠕动最低。估计你能看出一个规律来了吧,任何在极端环境下工作的技术,包括飞机发动机,燃气发电机还有核反应堆,都需要尖端的材料技术来实现。
最后谈谈军工。如果上述民用产品还能凑合进口的话(其实很多高科技民用产品都在禁运清单里),先进的武器无论如何是得靠自己的了。这里头核心技术很多,但是材料确是军事专家公认的致命伤。军事上用得最多的砷化镓半导体用来做雷达里微波发生器。砷化镓单晶的生长中国也做不出来。这导致四代机的雷达系统得买俄罗斯的。洲际导弹要射程远,中段轨道得进入太空。在太空中精确制导所需要的芯片要抵抗宇宙射线的辐射,否则电子器件会失灵。这种芯片中国不会造。F35里的碳纤维复合材料我们望尘莫及。民用发动机都不会造的我们,战斗机的发动机得靠俄罗斯和乌克兰输送二手货。这些人家可以满天开价,我们又必须 得有的武器技术,足以让天朝的人通货膨胀都不知道原因是什么。
举了这么些例子,相信我的观点很明显了,中国要成为发达国家制造强国,最缺的核心技术中的核心,往往都是材料技术。你也许说我黄婆卖瓜。但是这是中国工程界的共识,连工程院士傅恒志也是这么说的。那为什么国家没有重视呢?为什么很多学材料的毕业生找不到工作呢? 因为材料研发是个资本密集,周期非常长的项目。雇一个计算机程序猿,一台电脑就可以。雇一个材料研究员,要买上百万的实验仪器。可以说投入高,见效慢。这和我们中国人短视和爱凑合的性格很矛盾。材料研发确实不是穷国玩得起。工业最发达的美国德国和日本都是材料技术的强国,这个一点都不是偶然。其中以日本最优秀。缺乏政府扶持和民间投资,材料研究没有产业化,毕业生自然找不到工作。很多优秀的人才只能去搞金融地产或者搞手机网站。但是工业化中有些硬骨头必须要啃,没法偷工减料,没有捷径可走。材料技术的研发就属于这种硬骨头,是每个梦想进入发达工业国行列的国家必须啃的一根硬骨头。

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