2020年中國亟待攻克的「卡脖子」技術清單

「中國製造不像我們想像的那麼強大，西方工業，也沒有衰退到依賴中國。我們的製造業還沒有升級，製造業者已開始撤離。」在向服務業轉型的口號聲中，工業和信息化部部長苗圩按捺不住說了真話，那麼，亟待攻克的核心材料、技術有哪些？

目前，信息技術之外，中國「卡脖子」的核心技術集中在高端製造及新材料領域，光刻機便是高端製造之一。

「卡脖子」技術清單：

1、航空發動機短艙、適航標準、重型燃氣輪機

2、機器人領域，核心算法及觸覺傳感器

3、雷射雷達

4、高壓柱塞泵

5、醫學影像設備元器件

6、掃描電鏡

7、真空蒸鍍機

8、iCLIP技術

9、高壓共軌系統

10、透射式電鏡

11、掘進機主軸承

12、微球

13、水下連接器

14、高端焊接電源

15、超精密拋光工藝

16、觸覺傳感器

17、頂級光刻機

18、尖端光刻膠

1、航空發動機短艙、適航標準、重型燃氣輪機

航空發動機的製造難度堪比光刻機，被稱現代工業「皇冠上的明珠」，只有能夠獨立製造航空發動機的國家，才是真正的工業大國。世界上只有中國和美、英、法、俄等少數幾個國家能自主研發航空發動機。

飛機上安放發動機的艙室，俗稱「房子」，是航空推進系統最重要的核心部件之一，其成本約佔全部發動機的1/4左右。短艙需要將發動機包覆，減少飛行阻力；其進氣道還要具有防、除冰的能力；飛行中，要保護髮動機不受幹擾正常工作；在地面，需要做到方便發動機的維護和維修，一旦短艙有損，飛行中可能會引起發動機嚴重事故。短艙越大技術難度越高，我國在這一重要領域尚屬空白。查閱所有公開資料，我國尚無自主研製短艙的專門機構，相關院校似乎也沒有設置相關的學科。

一款航空發動機要想獲取一張放飛證，必須經過一套非常嚴格的「適航」標準體系驗證，即適航標準，涵蓋設計、製造、驗證和管理。但目前在國際上，以美國聯邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）的適航審定影響力最大，認可度最高。儘管在規章要求層面，中國與FAA基本一致，但由於國產航空發動機型號匱乏，缺乏實際工程實踐經驗，使我國適航規章缺少相應的技術支撐。實際型號的適航驗證工作，成為被卡在別國空域之外的關隘。

燃氣輪機廣泛應用於艦船、火車和大型電站。我國具備輕型燃機自主化能力；但重燃仍基本依賴引進。國際上大的重燃廠家，主要是美國GE、日本三菱、德國西門子、義大利安薩爾多4家。與中國合作都附帶苛刻條件：設計技術不轉讓，核心的熱端部件製造技術也不轉讓，僅以許可證方式許可本土製造非核心部件。沒有自主化能力，意味著我國能源安全的重要一環，仍然受制於人，存在被「卡脖子」的風險。

2、機器人領域，核心算法及觸覺傳感器

中國已經連續5年成為世界第一大機器人應用市場，但高端機器人仍然依賴於進口。由於沒有掌握核心算法，國產工業機器人穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業機器人「四大家族」發那科（日本）、ABB（瑞士）、安川（日本）、庫卡（德國，已經被美的集團收購）的產品。核心算法差距過大，導致國產機器人穩定性不佳，故障率居高不下。算法的差距不只體現在核心控制器上，更拖慢了伺服系統響應的速度。

機器人每完成一個動作，需要核心控制器、伺服驅動器和伺服電機協同作戰。對於單臺伺服系統，國產機器人動態與靜態精度都很高，但高端機器人一般同時有6臺以上伺服系統，用傳統的控制方法難以取得好的控制效果。

觸覺傳感器是工業機器人核心部件。精確、穩定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內傳感器企業大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產。在一個有著100多家企業的行業中，幾乎沒有傳感器製造商進行觸覺傳感器的生產。日本陣列式傳感器能在10釐米×10釐米大小的基質中分布100個敏感元件，售價10萬元，而國內產品多為一點式，一般100元一個。

3、雷射雷達

雷射雷達是個傳感器，自帶光源，主動發出雷射，感知周圍環境，像蝙蝠通過超聲波定位一樣。它是自動駕駛汽車的必備組件，決定著自動駕駛行業的進化水平。但在該領域，國貨幾乎沒有話語權。目前能上路的自動駕駛汽車中，凡涉及雷射雷達者，使用的幾乎都是美國Velodyne的產品，其雷射雷達產品是行業標配，佔八成以上市場份額。

4、高壓柱塞泵

液壓系統是裝備製造業的關鍵部件之一，一切工程領域，凡是有機械設備的場合，都離不開液壓系統。高壓柱塞泵是高端液壓裝備的核心元件，被稱作液壓系統的「心臟」。

中國液壓工業的規模在2017年已經成為世界第二，但產業大而不強，尤其是額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵，90%以上依賴進口。國內生產的液壓柱塞泵與外國品牌相比，在技術先進性、工作可靠性、使用壽命、變量機構控制功能和動靜態性能指標上都有較大差距，基本相當於國外上世紀90年代初水平。

5、醫學影像設備元器件

目前國產醫學影像設備的大部分元器件依賴進口，至少要花10年、20年才能達到別人的現有水平。在傳統醫學成像（CT、磁共振等）上，中國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數量上，美國是我國的10倍。這意味著整個產業已經完全掌握在國外企業的手裡了，所有的智慧財產權，所有的原創成果，所有的科研積累都在國外，中國只佔很少的一部分。

6、掃描電鏡

掃描電子顯微鏡，一種高端的電子光學儀器，它被廣泛地應用於材料、生物、醫學、冶金、化學和半導體等各個研究領域和工業部門，被稱為「微觀相機」。

目前我國科研與工業部門所用的掃描電鏡嚴重依賴進口，每年我國花費超過1億美元採購的幾百臺掃描電鏡中，主要產自美、日、德和捷克等國。國產掃描電鏡只佔約5%—10%。

7、真空蒸鍍機

OLED面板製程的「心臟」。日本Canon Tokki獨佔高端市場，掌握著該產業的咽喉。業界對它的年產量預測通常在幾臺到十幾臺之間。有錢也買不到，說的就是它。Canon Tokki能把有機發光材料蒸鍍到基板上的誤差控制在5微米內（1微米相當於頭髮直徑的1%），沒有其他公司的蒸鍍機能達到這個精準度。

目前我國還沒有生產蒸鍍機的企業，在這個領域我們沒什麼發言權。（）

8、iCLIP技術

iCLIP是一種新興的實驗技術，是研發創新藥的最關鍵的技術之一。它的發明，讓人們拋棄精密的觀測儀器，也能確定RNA（核糖核酸）和蛋白質在哪個位置「交匯」，甚至可以讀出位點「密碼」。iCLIP技術難，猶如萬千人海中找一個人，要從幾十億個鹼基對找到一個或幾個確定的結合點，精確度可想而知。國外研究團隊已在此領域展開「技術競賽」，研究論文以幾個月為周期輪番上漲。國內實驗室卻極少有成熟經驗。

9、高壓共軌系統

電控柴油高壓共軌系統相當於柴油發動機的「心臟」和「大腦」，其品質的好壞，嚴重影響發動機的使用。柴油機產業是推動一個國家經濟增長、社會運行的重要裝備基礎。中國是全球柴油發動機的主要市場和生產國家，而在國內的電控柴油機高壓共軌系統市場，卻被德國、美國和日本等企業佔據了絕大份額。和國外先進公司的產品相比，國產高壓共軌系統在性能、功能、質量及一致性上還存在一定的差距，成本上的優勢也不明顯。

10、透射式電鏡

冷凍電鏡可以拍攝微觀結構高清3d「彩照」，是生命科學研究的利器，透射式電鏡的生產能力是冷凍電鏡製造能力的基礎之一。目前世界上生產透射電鏡的廠商只有3家，分別是日本電子、日立、FEI，國內沒有一家企業生產透射式電鏡。

匹配冷凍電鏡使用的工具都需要原裝，零件壞了找不到人修理，只能等待零件郵寄到貨後進行更換。對於中國的冷凍電鏡使用者們來說，這樣的體驗可能還要持續不短的時間。

11、掘進機主軸承

主軸承，有全斷面隧道掘進機的「心臟」之稱，承擔著掘進機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，工作所處狀況十分惡劣。與直徑僅有幾百毫米的傳統滾動軸承相比，掘進機主軸承直徑一般為幾米，是結構最複雜的一種軸承，製造需要上百道工序。

就掘進機整機製造能力而言，國產掘進機已接近世界最先進水平，但最關鍵的主軸承全部依賴進口。德國的羅特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF佔據市場。

12、微球

微球，直徑是頭髮粗細的三十分之一。手機屏幕裡，每平方毫米要用一百個微球，撐起了兩塊玻璃面板，相當於骨架，在兩塊玻璃面板的縫隙裡，再灌進液晶。少了它，你正盯著的液晶屏幕將無法生產。沒有微球，晶片生產、食品安全檢測、疾病診斷、生物製藥、環境監測……許多行業都會陷入窘境。

僅微電子領域，中國每年就要進口價值幾百億元人民幣的微球。2017年中國大陸的液晶面板出貨量達到全球的33%，產業規模約千億美元，位居全球第一。但這面板中的關鍵材料——間隔物微球，以及導電金球，全世界只有日本一兩家公司可以提供。這些材料也像晶片一樣，給人卡住了脖子。

13、水下連接器

除了船舶、遙感衛星，海底觀測網已成為第三種海洋觀測平臺——通過它，人類可以深入到水下觀測和認識海洋。如果將各類纜系觀測平臺比作胳膊、腿，水下連接器就好比關節，對海底觀測網系統的建設、運行和維護有著不可替代的作用。目前我國水下連接器市場基本被外國壟斷。一旦該連接器成為禁運品，整個海底觀測網的建設和運行將被迫中斷。

14、高端焊接電源

我國是海洋大國，擁有300多萬平方公里海域，正在大力發展高端海洋資源開發和海洋維權裝備。海裡的設備一旦出現開裂等故障，需要用有工業製造「縫紉機」之稱的焊接裝備修補。深海焊接的實現靠水下機器人。雖然我國是全球最大焊接電源製造基地，年產能已超1000萬臺套，但高端焊接電源基本上仍被國外壟斷。我國水下機器人焊接技術一直難以提升，原因是高端焊接電源技術受制於人。國外焊接電源全數位化控制技術已相對成熟，國內的仍以模擬控制技術為主。

15、超精密拋光工藝

超精密拋光工藝在現代製造業中有多重要，其應用的領域能夠直接說明問題：集成電路製造、醫療器械、汽車配件、數碼配件、精密模具、航空航天。「它是技術靈魂」。目前，美日牢牢把握了全球市場的主動權，其材料構成和製作工藝一直是個謎。換言之，購買和使用他們的產品，並不代表可以仿製甚至複製他們的產品。

16、觸覺傳感器

精確、穩定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內傳感器企業大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產。在一個有著100多家企業的行業中，幾乎沒有傳感器製造商進行觸覺傳感器的生產。可見，對賣方而言，工藝門檻太高；對買方而言，國產貨沒有障。「一個向左、一個向右」的局面，形成了依賴進口、內生乏力的惡性循環。

除了生產工藝，材料純度也是從實驗室到工業生產的「扼咽之處」。日漸複雜的技術也讓國產產品落得越來越遠。

17、頂級光刻機

指甲蓋大小的晶片，密布千萬電線，紋絲不亂，需要極端精準的照相機——光刻機。光刻機精度，決定了晶片的上限。高精度光刻機產自ASML、尼康和佳能三家；頂級光刻機由ASML壟斷。

我們國家的光刻機主要是以上海微電子設備研究所（SMEE）的為主，它做的是國內比較先進的了，它的SMEE200系列光刻機只有90nm。其它的就更不能提了，例如合肥芯碩半導體公司都只能夠擁有200nm工藝。

近期，上海微電子裝備(集團)股份有限公司傳來好消息，將在2021-2022年交付第一臺28nm工藝的國產沉浸式光刻機。國產光刻機將從此前的90nm工藝一舉突破到28nm工藝。

但相比之下，國外已經做到了十幾納米。ASML的EUV光刻機更是已經達達到7nm，甚至5nm。

18、尖端光刻膠

假如我們把光刻機比作一把菜刀，那麼光刻膠就好比是要切割的菜，沒有高質量的菜，即使有了鋒利的菜刀，也無法做出一道佳餚。光刻膠是整個光刻工藝的重要部分，也是國際上技術門檻最高的微電子化學品之一，主要應用在集成電路和平板顯示兩大產業。

光刻膠的研發，關鍵在於其成分複雜、工藝技術難以掌握。光刻膠主要成分有高分子樹脂、色漿、單體、感光引發劑、溶劑以及添加劑，開發所涉及的技術難題眾多，需從低聚物結構設計和篩選、合成工藝的確定和優化、活性單體的篩選和控制、色漿細度控制和穩定、產品配方設計和優化、產品生產工藝優化和穩定、最終使用條件匹配和寬容度調整等方面進行調整。因此，要自主研發生產，技術難度非常之高。

在光刻膠研發上，我國起步晚，2000年後才開始重視。近幾年，雖說有了快速發展，但整體還處於起步階段。事實上，工藝技術水平與國外企業有著很大的差距，尤其是尖端材料及設備都仍依賴進口。

結語：

核心技術是國之重器，上述所列項目都是該領域的核心技術或核心部件。如果像晶片一樣，國外對我國進行卡脖子，那麼對該行業是致命威脅。

我國雖然已成為製造業第一大國，但大而不強的問題依舊存在，尤其是在部分高端製造領域，與歐美國家差距較大。期盼著不遠的將來，我們不僅僅是製造業大國，也能成為製造業強國，早日解決高端製造等關鍵領域「卡脖子」的隱憂。

本文綜合科技日報、數據寶報導。

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