武利珍 刘伟奇

〔内容提要〕本文首先介绍了“泡沫铝夹芯板”技术在国内外的发展背景，然后对沈阳市该项目的技术进步及其产业发展构想进行详细的说明。最后，为使该项技术就地产业化并步入加速发展的快车道，建议沈阳市政府及有关部门进一步加大支持力度，使之早日成为支撑全市产业转型升级的增长极。

〔关键词〕泡沫铝夹芯板 就地产业化 政策建议

作为我国战略新兴产业之一的新材料产业，在国民经济发展中发挥着重要的基础性支撑作用。“泡沫铝”作为新材料领域的一颗高科技耀眼新星，已开始展现出广阔的市场前景和巨大的盈利空间。鉴于东北大学开发的“泡沫铝夹芯板”专利技术（以下简称“东北大学该项技术”）已达到国际领先水平，加之沈阳市拥有“东北大学”“中科院沈阳金属所”“材料科学国家实验室”以及“沈飞”“宝马”等重要的科技、产业资源，亟需沈阳市创新产业政策，整合相关优势，加快“泡沫铝夹芯板”产业化进程，使之尽快成为沈阳新的经济增长点。

一、泡沫铝夹芯板技术发展背景

泡沫铝又称发泡铝，是主要以氢化钛为增粘剂和发泡剂，在一定的温度条件下使液态/半固态铝中均匀分布气泡而制成的；是一种集结构—性能一体化的新型功能材料。鉴于其除具有超轻特性外，还具有吸音、隔音、吸能及电磁屏蔽等功能，该材料已被广泛认为是“二十一世纪最具发展潜力的新材料”。而泡沫铝夹芯板既具有发泡铝的优异特性，又因其“三明治”结构使该材料的比强度、比刚度较单一发泡铝显著提升，且较好解决了与其它材料的连接、装配等问题。迄今的产业化实践表明，该材料是一种在交通运输、汽车制造、航空航天、国防军工等战略领域具有广阔应用前景的结构功能一体化先进材料。

从国际看，泡沫铝一经问世就引起了一场材料革命，率先得到了美国、日本、加拿大、德国、韩国以及以色列等国业界热烈欢迎，迄今已在这些国家的航空航天、轨道交通、建筑材料、交通运输、汽车制造、造船等领域得到应用并开始向全球扩散。目前，世界上生产技术比较成熟并能批量提供商品的有：加拿大Cymat公司提供的Cymat，美国加州ERG公司提供的Duocel，德国Fraunhofer研究所提供的IFAM（闭孔结构），日本Shinko-wire公司提供的Alporas，英国Porvair公司提供的Metpore，奥地利Alulight国际公司提供的Alulight等。

从国内看，在有关高校、科研机构对泡沫铝生产制备工艺及生产技术进行了系统化基础研究和试验，特别是在相继取得一些小试、中试等阶段性成果的基础上，我国泡沫铝技术自2010年前后开始产业化，并于2015—2017年开始在轨道交通、车船配件、军工航天、重大装备和建筑隔音等行业迅速发展，形成了四川“元泰达”、广东“铝邦”、山西“普泰”以及辽宁“融达”等20家左右规模不等的企业。目前，该行业正处在爆发式发展的前期，年增长速度已超过50%，市场分析显示2020年我国需求量大约为25万吨，约占世界总消费量的5%，产值约125亿元人民币。未来5年，由于国内汽车、高铁、城市轨道、航空航天等领域的快速发展，以及“一带一路”倡议的深入实施，我国对泡沫铝材料的需求有望大幅提升，泡沫铝年需求量有望超过40万吨，其国内市场规模可达到200亿元人民币以上。

从沈阳市看，自2006年东北大学继日本之后在国内成功自主研发“泡沫铝材料”以来，该校在持续推进此项技术进步、重点攻关泡沫铝夹芯板技术的同时，也一直在探索相关产业化路径乃至规划建设“泡沫铝材料产业基地”等。囿于高校自身的产业投资与市场经营能力“短板”，以及政策支撑不足，虽若干重要环节取得突破，但迄今全市该领域仅有一家只能零星组织生产的企业，产业化尚处在初始培育阶段。

二、东北大学该项技术进步及其产业发展构想

目前，国内泡沫铝夹芯板材料——作为泡沫铝产品的重要形式，其制备技术还不够成熟完善，集中表現为泡沫铝块体经切割为板材后与铝板等面板通过胶粘实现界面连接，由此导致制品规格较小（板宽小于600mm），且由于粘接泡沫铝夹芯板的面板与芯层界面结合强度较低，使材料整体强度及缓冲吸能性能不够理想，在作为结构材料使用时极易出现灾难性后果。而具有面板与芯层界面冶金结合特征的泡沫铝夹芯板在承受弯曲及冲击载荷时则具有良好的整体性，可保证芯层泡沫铝充分发挥缓冲吸能作用，是泡沫铝材料工程化制备技术发展和应用的主要方向。为此，东北大学将突破泡沫铝夹芯板面板与芯层界面冶金结合技术“瓶颈”以及开启产业化作为主攻方向并取得显著成效。

（一）相关技术日趋成熟

2005年东北大学相关课题组启动了具有界面冶金结合特征的泡沫铝夹芯板材料研发工作，成功开发出具有完全自主知识产权的轧制复合——粉末冶金发泡短流程制备技术，形成了国家发明专利“一种泡沫铝夹芯板制备方法”（专利号：201010233462.X）。2017年起，该课题组与中铝集团东北轻合金有限责任公司密切合作，成功完成了该项技术的“中试”验证，确定了基于芯层粉末致密度、面板/芯层界面结合强度与板形精度的多阶段轧制规程，形成了具有界面冶金结合特征的泡沫铝夹芯板短流程完整制备技术。该技术解决了以泡孔质量为核心的发泡剂改性处理与低温发泡工艺的关键技术难题，突破了大尺寸样品粉末均匀性与凝固过程控制的工业制备瓶颈。2020年1月，该课题组基于突破多项泡沫金属材料工程化制备关键共性技术的国家发明专利——“一种工业用大尺寸泡沫铝夹心板的制备方法”获得授权（专利号：201810526584.4），并且依托该技术申报的PCT国际专利（国际申请号：PCT/CN2018/088964）也收到国际检索单位书面意见，认为该技术具有显著的新颖性、创造性和工业实用性。

高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）奖励是仅次于国家三大奖的重要科技奖项。2019年，该课题组完成的项目“层状金属复合材料制备理论与技术研究”被评为高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖二等奖，标志着课题组在泡沫金属基础研究及面向材料复合化、功能化的应用基础研究领域取得了重要发现和显著进展。

2019年4月，在瑞士日内瓦举行的第47届国际发明展上，该课题组的“运输用大尺寸泡沫铝夹心板材料”项目在1000多项参展项目中脱颖而出，被该展主办方之一联合国世界知识产权组织（WIPO）授予发明人特别大奖（WIPO Medal for Inventors），该奖项是国际知识产权领域对发明类科技成果的最高奖项。此外，该项目还获该展特别嘉许金奖及俄罗斯铁路局颁发的俄罗斯JSC NIIAS最佳发明奖。《中国日报》《沈阳日报》（被沈阳政府网转载）、光明网、中国新闻网、东北新闻网、凤凰网、中国高校之窗等20余家报刊、网站对此进行了专题报道。

总之，与国内外同类技术比较，该课题组研发的大尺寸泡沫铝夹芯板材料制备技术具有工艺流程短、制品界面实现冶金结合、泡孔质量及板形精度好、产品成材率高、制造成本低等明显优势，高度契合沈阳汽车及零部件、装备制造等传统优势产业升级以及航空航天、新材料等战略新兴产业发展的现实与长远需要，更凭借其技术成熟度高，有望成为沈阳、辽宁乃至国家的重要创新创业资源。

（二）成果转化进展明显

基于泡沫铝夹芯板材料具有优异的综合性能，特别是在沈阳航空航天、汽车轻量化、机械制造等重点工业领域及战略发展方向上具有的广泛需求，该课题组在辽宁省金属材料产业共性技术创新平台的规划与指导下，自2015年起与中航工业沈阳飞机设计研究所、华晨汽车工程研究院、沈阳机床股份有限公司等科研机构与生产单位联合开展了泡沫铝夹芯板材料应用构件研发工作，初步完成了军用飞机地板、汽车防撞梁和机床减振平台的设计与可行性论证。小尺寸样品及使役性能测试结果充分显示，该材料对提升军用飞机及汽车整体轻量化水平与安全性作用显著；在以获得阻尼减振性能为主要目标的机床减振平台设计方面也体现出明显优势；可望为未来我国海军多类型舰艇、陆军作战平台的防爆降噪、电磁屏蔽的发展提供新的材料选择。

基于该课题组研制的泡沫铝夹芯板材料具有的良好综合性能及特殊服役环境的较强适应性，该课题组还与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所合作研制“空间反射镜”样品。通过将泡沫铝夹芯板表面精密机加工成镜面，其地面交变温度及持久测试显示，该材料整体稳定性表现良好，镜面曲率符合规定要求，较当前使用的铝合金镜面结构减重35—40%。

就装备制造工艺而言，泡沫铝夹芯板材料的宽度尺寸直接影响其应用领域。在国内泡沫铝板供应商中，辽宁融达、杭州龙邦、山西普泰均只能生产宽度为600mm的泡沫铝板，四川元泰达的产品最宽也仅能达到800mm。该课题组研发的目标产品宽度为1000mm，是当前国内商用泡沫铝夹芯板最大宽度尺寸，也是汽车制造、轨道交通、国防军工等应用领域需求量最大的尺寸规格，预示着该课题组规划的产品将具有更加广阔的市场前景。

（三）发展构想基本形成

立足组东北大学该项技术，依据该课题组对可资依托的人才、产业、平台等创新资源分析，特别是与沈阳航空航天、汽车制造、数控机床等战略行业重点企业初步衔接，以及对泡沫铝夹芯板产业链上下游供需规模预测，设想“十四五”时期，沈阳市有条件，也有必要建成国家重要的泡沫铝夹芯板产业基地。

1.产品目标。主要产品为1000mm×1000mm×（15～30）mm泡沫铝夹心板。其芯层泡沫铝泡孔直径2～5mm，孔隙率50%～90%；夹心板界面结合强度≥75MPa；三点抗弯强度≥45MPa；吸能性达到≥25J/cm3；10～800MHz下，电磁波屏蔽效能≥80dB。

2.规模目标。规划基地年产量为250万平方米、5万吨，预计产品销售总额可达25亿元、利润可达7.5亿元。

3.战略步骤。考虑实现上述规划目标分“三步走”：2021年建成年产量为5万平方米的“产业化示范项目”；2022—2023年形成年产量为100万平方米的产业集群；2024—2025年建成目标规模的产业基地。

三、推进东北大学该项技术就地产业化的建议

为使该项技术就地产业化并步入加速发展的快车道，建议沈阳市政府及有关部门进一步加大支持力度，使之早日成为支撑全市产业转型升级的增长极。

（一）建立由沈阳市经信委牵头，发改委、科技局、教育局、人社局等有关部门参加的“泡沫铝夹芯板技术产业化联席会议机制”，负责推进沈阳市发展该产业的战略研究以及协调解决其产业化过程中遇到的重大问题。

（二）在该机制下，由东北大学牵头组建有产学研用各方参加的泡沫铝夹芯板技术及其产业化战略联盟，协调该项技术升级以及产业链的构建工作及行使行业协会职能。

（三）在该机制指导下，由该战略联盟编制《沈阳市泡沫铝夹芯板产业发展规划》，统筹确定产业发展的总体目标、主要任务、对策措施，形成沈陽市培育发展该产业的时间表和路线图。

（四）持续将东北大学该项技术纳入市科技计划以及市“重大科技成果转化专项”，并助力东北大学争取将其列入省乃至国家科技计划以及相应的“重大科技成果转化专项”。

（五）以部分市政府引导基金并积极争取省政府乃至国家引导基金，带动市场化风投基金及其他社会资本，投资东北大学该项技术的产业化项目，助力其渡过风险较大的市场化初期阶段。

（六）在国家已实施“重大技术装备首台套鼓励政策”的基础上，以支持东北大学该项技术产品实际应用为对象，争取省乃至国家同意沈阳市率先开展“战略性新材料初期应用鼓励政策”改革试点，试验成功后循序推广。

（七）将东北大学该项技术产业化示范项目纳入市政府组织的对外招商引资计划，并通过政府的国内外各类“窗口”加大宣传推介力度；同时争取将其纳入“京沈合作”“粤辽合作”规划以及中日、中韩产业园合作项目，努力使该项目成为立足沈阳、全方位开放的示范项目。

（作者单位：1.中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司办公室；2.中国东北振兴研究院）