人類社會200多年來的工業(yè)化進程表明，材料從來都是支撐新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科學技術進步的物質(zhì)基礎和條件保證。

與材料本身一樣，制造工藝也是材料工程的一個重要領域，兩者關系緊密，相互支撐、相互提高。可以說，材料的性能和壽命，一方面取決于材料本身化學成分和組織結(jié)構(gòu)，另一方面，也取決于制造工藝的成熟性和先進性。

進入新世紀，以新能源和新材料為主導的新一輪科技和工業(yè)革命即第四次工業(yè)革命已強勢拉開序幕，而處在當代高技術發(fā)展前沿的新材料已進入全新的發(fā)展階段，正在實現(xiàn)從基礎到顛覆的跨越。

未來材料和工藝

前沿新材料是指處在新材料新發(fā)展尖端前沿，具有超自然優(yōu)異性能或超常態(tài)特殊功能的一類材料，如以石墨烯為代表的二維材料；支撐人工智能和機器人的智能仿生材料；引發(fā)醫(yī)療行業(yè)巨大變革的智能醫(yī)療、生物芯片、細胞治療等生物醫(yī)療材料；以分布式能源為主流，引發(fā)能源結(jié)構(gòu)變革的清潔可再生能源材料；能改變光的傳播特性的隱身超材料；在電機、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等方面具有廣闊應用前景的超導材料；可用于柔性可穿戴電子通訊和人工智能設備的液體金屬材料；以及實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的綠色生命周期的環(huán)境材料等。

材料改變未來。前沿新材料將為人類展現(xiàn)全新世界的廣闊前景，增強人類擴展自身生存與發(fā)展空間的信心，對人類認知、思維、價值理念、業(yè)態(tài)及市場配置、財富分配、生活方式以至社會形態(tài)等都將產(chǎn)生顛覆性的變革。

因此，發(fā)達國家都將前沿新材料的研究和應用作為新一輪科技和工業(yè)革命的切入點，紛紛制定各種發(fā)展計劃，整合優(yōu)化資源配置，加大經(jīng)費支持。特別是引導和鼓勵材料行業(yè)的大型龍頭企業(yè)實現(xiàn)強強聯(lián)合，或形成跨領域跨行業(yè)的戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成對全球市場新的壟斷。

制造工藝著重研究材料的制造加工和最終使用效能的關系，主要依據(jù)材料的成分、組成結(jié)構(gòu)、性能特點，按照產(chǎn)品設計的使用效能要求，選擇和研究優(yōu)化的制造成型工藝和設備、最佳工藝路線和工藝條件、成型工藝質(zhì)量控制等，以得到最終產(chǎn)品或制件最佳的使用性能、質(zhì)量和壽命。

實際上，賦予材料某種產(chǎn)品或制件的優(yōu)異性能或特殊功能，其材料組織結(jié)構(gòu)特點的形成，很多情況下是通過優(yōu)化工藝路線和工藝條件來實現(xiàn)的。例如材料的結(jié)晶行為，包括金屬材料和高分子材料，不同的工藝條件會引發(fā)不同的結(jié)晶過程和結(jié)晶行為，而導致材料最后晶態(tài)特征和宏觀性能的大不相同，所以材料結(jié)晶行為的控制，最終將落實到優(yōu)化溫度和時間等工藝條件上。

新材料的制造工藝現(xiàn)已成為新材料開發(fā)和應用必不可少的重要分支領域，特別是計算機數(shù)字化和信息化的推廣，迅速推動制造工藝向自動化、數(shù)字化、智能化、增強虛擬、增材制造（3D打印）等方向迅速發(fā)展。

目前，全球新材料和制造工藝龍頭企業(yè)主要集中在美國、歐洲和日本。

各領域領頭羊

以高分子材料開發(fā)和應用為主打領域的陶氏和杜邦，是美國百年化工老企業(yè)。陶氏化學（Dow Chem.）成立于1897年，業(yè)務范圍包括功能產(chǎn)品、高新材料、基礎材料、健康和農(nóng)業(yè)科技等。杜邦（Du Pont）成立于1802年，業(yè)務包括電子材料、電子通訊、高分子材料等。

2015年，陶氏化學和杜邦合并成立新公司陶氏杜邦，成為全球最大的化工企業(yè)，主要產(chǎn)品為新型高分子材料，包括新型塑料、橡膠、油漆、涂料、纖維等，其中，芳綸是上世紀60年代由杜邦開發(fā)的一種高性能特種纖維，廣泛應用于復合材料、特種防護服裝、電子設備等領域，至今陶氏和杜邦對該產(chǎn)品的市場占有率仍處于全球壟斷地位。

在金屬材料領域，美鋁公司是世界鋁生產(chǎn)制造業(yè)的領跑者，致力于生產(chǎn)廣泛應用且可回收再生的可持續(xù)性鋁制產(chǎn)品，產(chǎn)品優(yōu)勢包括鋁制品壓延件、鍛件、緊固件、輪轂件、精密鑄件，還發(fā)展鈦、鎳超級合金等其他輕金屬，用于航空航天領域的高端制造。

美鋁的AmpliforgeTM工藝，是采用美鋁設計和3D打印零件，然后采用更傳統(tǒng)的制造工藝，即鍛壓，將其最終制造完成。美鋁的研究結(jié)果已經(jīng)證實，與沒有進一步鍛壓處理的普通增材技術制造的零件相比，這種新的技術提高了3D打印零件的性能，如硬度和強度。美鋁公司還說，與傳統(tǒng)的鍛壓工藝相比，Ampliforge技術減少了材料消耗并簡化了生產(chǎn)過程。

瑞典的山特維克（Sandvik）集團是全球領先的先進材料產(chǎn)品制造商，主要業(yè)務包括超硬材料金屬切削工具、建筑及采礦業(yè)設備、高級不銹鋼、特種合金、鈦材、金屬及陶瓷電阻材料制成的高附加值產(chǎn)品，以及工藝系統(tǒng)。

在玻璃材料領域，美國的康寧公司（CORNING）是特殊玻璃和陶瓷材料的全球領軍企業(yè)。其產(chǎn)品優(yōu)勢在于柔性顯示屏、特種功能陶瓷等移動互聯(lián)網(wǎng)設備、電信和生命科學領域產(chǎn)品的關鍵器件。在光電技術領域，它現(xiàn)已成為全球最大的光纖生產(chǎn)商之一。

康寧公司近日推出其在半導體玻璃載體行業(yè)內(nèi)的最新突破——先進封裝載體。該先進玻璃載體晶圓針對扇出工藝這一行業(yè)領先的半導體封裝技術做出優(yōu)化，旨在為消費電子、汽車和其他互聯(lián)設備提供更小、更快的芯片。

康寧的先進封裝玻璃載體具有三大顯著改善：在較廣范圍內(nèi)提供了多種熱膨脹系數(shù)（CTE）選擇；高硬度組分；快速樣品交貨周期。

這些特性對于使用扇出型封裝的客戶來說至關重要：多種熱膨脹系數(shù)使客戶能夠自由選擇封裝產(chǎn)品所需，盡可能減少封裝工藝過程中的晶元變形，因此精準的系數(shù)將有助于客戶縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；康寧先進封裝載體擁有的高硬度組分同樣有助于進一步減少封裝工藝過程中的晶元變形，最大限度地提高芯片封裝的成品率；快速樣品交貨周期也有助于縮短開發(fā)周期，使客戶能夠更快投入量產(chǎn)。

日本的旭硝子（AGC）玻璃股份有限公司是全球第二大玻璃制品公司，其產(chǎn)品為各種玻璃制品與半成品，及少量化學產(chǎn)品，目前銷售對象為液晶顯示器制造廠，以及汽車業(yè)、燈具業(yè)、建筑業(yè)等。

旭硝子公司不久前宣布開發(fā)出了用于深紫外LED的石英透鏡，將石英窗口材料和鏡頭整合在一起，不需要透明膠。同時，旭硝子開發(fā)的“特殊焊接”可以讓客戶通過在大氣中簡單地加熱和加壓，而不需要大規(guī)模的脫氧設備。

此外，由于封裝與窗口之間的熱膨脹系數(shù)差異，“特殊焊料”很柔軟，可以緩解熱應力，因此不會破裂或漏氣。通過這些手段，深紫外LED制造工藝可以大大簡化，投資可以減少。

法國的圣戈班公司（Saint-Gobain）的主打材料包括平板玻璃和高性能材料，服務領域包括汽車玻璃、玻璃包裝、保溫隔音材，玻璃增強纖維、陶瓷塑料、磨料磨具、管道系統(tǒng)及建筑材料等。

在電子材料領域，美國的應用材料公司（Applied Materials）是一家半導體和顯示制造設備公司，主要業(yè)務為半導體、先進顯示器、太陽能光伏制造、柔性鍍膜、自動化軟件等新興技術與產(chǎn)品。

應用材料公司近日發(fā)布的信息顯示，行業(yè)龍頭企業(yè)正使用其10.5代線全套生產(chǎn)設備生產(chǎn)更逼真、更鮮明、色彩更豐富的大尺寸8K電視。10.5代線是全球最大尺寸玻璃基板（3370mm×2940mm）的生產(chǎn)線，可高效利用幾乎整塊玻璃基板，每片基板最高可產(chǎn)出8塊65英寸或6塊75英寸電視面板。

應用材料公司的10.5代線全套設備通過實現(xiàn)關鍵薄膜（例如金屬氧化物）的優(yōu)異沉積均勻度，生產(chǎn)出更小更快的薄膜晶體管（TFT），從而提高下一代顯示面板的分辨率和性能來驅(qū)動高清晰度電視。

該套設備包括兩個用于薄膜晶體管（TFT）陣列制程的高產(chǎn)物理沉積系統(tǒng)（PVD）——AKTPiVot系統(tǒng)，以及用于生產(chǎn)彩色濾光片的AKT-NAR3000 PVD系統(tǒng)，此外還包括業(yè)界唯一一款經(jīng)過生產(chǎn)驗證的等離子體增強化學氣相沉積系統(tǒng)AKT-100K PECVD，該系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化并適用于在10.5代線基板上沉積金屬氧化物。

日本的信越（Shinetsu）是全球最大的半導體硅片供應商之一，其以硅元素為核心的產(chǎn)品系列還包括有機硅系列。信越還是硬盤驅(qū)動（HDD）等用稀土磁鐵、半導體用光刻膠、環(huán)氧模塑料及液態(tài)環(huán)氧封裝材料等的重要供應商。

作為IC電路板硅片的主導企業(yè)，信越始終處于大口徑化及高平直度的最尖端。其最早研制成功尖端的300mm硅片，并實現(xiàn)了SOI硅片的量產(chǎn)和穩(wěn)定供應；同時，一貫化生產(chǎn)發(fā)光二極管中的GaP（磷化鎵）、GaAs（砷化鎵）、AIGaInP（磷化鋁鎵銦）系化合物半導體單晶與切片。

信越能夠制造出具有11個9（99.999999999%）的純度與均勻的結(jié)晶構(gòu)造的單晶硅，在全世界處于領先水平，其工藝可以將單晶硅切成薄片并加以研磨而形成硅片，其表面平坦度在1微米以下。

在碳纖維領域，赫克塞爾公司（Hexcel Composites）公司是美國最大的碳纖維和纖維產(chǎn)品生產(chǎn)商，也是全球高性能復合材料的領先制造公司。其技術優(yōu)勢是開發(fā)制造輕質(zhì)、高性能的復合材料，包括碳纖維、增強織物、預浸料、蜂窩芯、樹脂系統(tǒng)、膠粘劑和復合材料構(gòu)件，產(chǎn)品應用于民用飛機、宇航、國防和一般工業(yè)，是波音公司二級供應商。

日本東麗（TORAY）集團是世界最大的碳纖維供應商之一，主打產(chǎn)品為聚丙烯腈基碳纖維，包括高強、高模多種產(chǎn)品系列。高強碳纖維從最初的T300發(fā)展到T800，再到T1200，拉伸強度增加近一倍。碳纖維是一種戰(zhàn)略物資，主要用于各種飛機結(jié)構(gòu)和航天飛行器結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)、高強、節(jié)能減排的優(yōu)勢，在B-787和A-350中的用量已分別達50%和52%。

近日，東麗在其官網(wǎng)發(fā)布公告稱，公司已開發(fā)出世界上最高水平的氫氣提純聚合物分離膜。這種高分子分離膜能夠從含氫的混合氣體中選擇性地和高度地滲透氫。該技術的關鍵點有兩點：耐熱耐壓多孔基材設計；通過精密孔徑控制技術實現(xiàn)氫的高度選擇性和透過性。該公司還聲稱，新的分離膜具有的氫氣滲透性和選擇分離性，遠遠超過了傳統(tǒng)的聚合物膜的性能。

此外，德國的西格里集團（SGL Group-The Carbon Company）是全球領先的碳素石墨材料以及相關產(chǎn)品的制造商之一，擁有包括從碳石墨產(chǎn)品到碳纖維及復合材料在內(nèi)的完整業(yè)務鏈。

綜合性領軍團

除了在各自領域各有所長的企業(yè)之外，在全球范圍內(nèi)，一些綜合性材料公司的業(yè)務范圍涉及能源、生物醫(yī)療、信息、航空航天、海洋、環(huán)境等所有現(xiàn)代高技術領域，其在新材料科技創(chuàng)新、新產(chǎn)品研發(fā)和應用、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)技術以及全球市場占有率等方面都處于全球領先地位。

例如，美國3M公司100多年來開發(fā)了以各種材料為基礎的近7萬種產(chǎn)品，涵蓋家居、醫(yī)療、教育、電子、通信、運輸、建筑等各個領域，其產(chǎn)品和技術已深深融入現(xiàn)代技術和人們的生活。

日本最具代表的綜合性材料公司包括三井化學（Mitsui Chemicals）、三菱化學（Mitsubishi Chem.）、日立金屬（Hitachi-Metals）等三家。

三井化學是日本最大的化工企業(yè)集團之一，主要業(yè)務包括增值特殊化學品，塑料及其他材料產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和供應，產(chǎn)品面向汽車、醫(yī)療、包裝、農(nóng)業(yè)、建筑、工業(yè)、造紙、紡織，以及半導體和電子市場。

三菱化學的主打領域包括功能材料和塑料產(chǎn)品（包括信息及電子產(chǎn)品、專業(yè)化學制品、制藥）、石油化工、碳及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品。雖然鋁、片塑產(chǎn)品以及塑料包裝等功能材料占其銷售額的55%以上，但公司還是把長期目標放在了專業(yè)化學制品及制藥上。

三菱化學近兩年正就推進海外碳素制品業(yè)務展開討論。該公司將煤炭通過焦炭爐高溫干餾，產(chǎn)生焦油經(jīng)熱處理工藝制成針狀焦炭。針狀焦炭不僅可用作電爐用石墨電極，還能作為鋰離子充電電池的負極材料，在市場上具有迫切的需求度。

鑒于日本本土已無原料焦油的增產(chǎn)余地，因此三菱化學希望在中國、印度等國尋找到新的原料產(chǎn)地，以進一步擴大其碳素制品事業(yè)。

日立金屬的產(chǎn)品涵蓋電子、汽車、機械、建筑和環(huán)境等領域，如IT部件和材料、磁性應用部件、平板顯示屏、計算機和半導體集成電路器件、汽車零部件和材料、環(huán)保系統(tǒng)產(chǎn)品、航空航天和核電工業(yè)材料等。

德國的巴斯夫（BASF SE）公司是世界上最大的化工廠之一，主流產(chǎn)品以化學品及塑料為核心，從天然氣、石化原料等原料到最終產(chǎn)品的完整產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋化學品、醫(yī)藥、塑料、環(huán)保等技術領域，在電子通訊、航空航天、生物、現(xiàn)代交通、節(jié)能環(huán)保等領域具有領先優(yōu)勢。

近日，巴斯夫公司展示了其研發(fā)的一系列創(chuàng)新材料，包括隔音阻燃汽車引擎罩蓋創(chuàng)新材料、新型聚合物分散體、可持續(xù)性涂料等。

利用創(chuàng)新材料的汽車引擎罩蓋，能為車輛帶來靜謐和舒適。這是一種具有開孔結(jié)構(gòu)的聚氨酯整體泡沫解決方案，這種材料具有重量輕、隔音好、阻燃性高等特性，可讓車內(nèi)更加安靜，并為駕駛者提供更好的車內(nèi)體驗。

巴斯夫還開發(fā)了一種新的聚合物分散體Styrofan PLUS 7552。這種分散體可以提高防水膜的性能，尤其是在廚房、浴室和游泳池等環(huán)境下，防水膜的機械強度和抗洗滌劑、漂白劑腐蝕能力都有所提高，從而延長使用壽命。

此外，荷蘭的帝斯曼（DSM）公司是一家國際性的化工原料和醫(yī)藥集團，在許多領域都處于世界領先地位。帝斯曼化工產(chǎn)品以及復合材料纖維中間體、復合材料樹脂等應用于航空航天、汽車、海洋、建筑、電子電氣、生命防護、替代能源以及生物基材料等領域。