系统分析了关键战略材料领域国产化替代的现状及存在问题，进一步通过分析关键战略材料国产化替代的过程环节和产业特性探讨其突破点，在此基础上剖析了现阶段中国关键战略材料国产化替代面临的瓶颈问题和亟需构建的关键能力，并结合美国、欧盟和日本等材料强国创新发展共性的经验，基于技术创新系统视角，提出了促进中国关键战略材料国产化替代的战略举措和政策建议。
近年来，中美贸易摩擦、科技战、新冠肺炎疫情、俄乌冲突等国际形势变化对中国关键战略材料技术创新乃至智造强国战略实施都带来严峻挑战，实现关键战略材料的国产化替代，不仅是缓解技术断供风险和保障供应链安全可控的重要手段，更是突破“卡脖子”瓶颈、实现经济高质量发展和塑造国际竞争新优势的必然选择。加速中国关键战略材料的国产化替代进程，已时不我待。
基于此背景，本研究首先分类探讨中国关键战略材料国产化替代发展现状，并在总结并分析美国、日本、欧盟等材料强国的创新发展共性经验的基础上，结合中国关键战略材料国产化替代中存在的瓶颈问题提出促进产业发展的战略举措和政策建议，以期为加速实现关键战略材料国产化替代进程提供有力支撑。
中国关键战略材料国产化替代现状及关键瓶颈
根据《新材料产业发展指南》所确定的关键战略材料领域发展重点，选取稀土功能材料、先进半导体及芯片制造材料、新型能源材料、新型显示材料等典型关键战略材料进行国产化替代现状分析，表1梳理了中国主要关键战略材料国产化替代重点领域。
表1中国主要关键战略材料国产化替代重点领域
稀土功能材料包括永磁材料、催化材料、储氢材料、发光材料和抛光材料等，可应用于新能源汽车、航空航天、电子信息等领域，应用前景辽阔。由于上游稀土资源所具有的不可再生性质，及可与其他材料复合成为性能优异材料等特点，稀土功能材料成为各国竞相抢夺的战略资源。受益于丰富的稀土资源与政策引导，中国已建立较为完整的稀土产业链，成为全球最大的稀土功能材料生产国和出口国。
近年来，半导体使用材料在全球范围内出现3次突破性飞跃，第三代半导体材料是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等材料为代表的宽禁带半导体材料。其中，碳化硅为第三代半导体材料核心，除此之外，其他辅助制造材料包括硅片、光刻胶、光掩模、电子特气、溅射靶材、湿电子化学品、抛光材料等，被应用于晶圆制造环节。半导体材料是半导体产业不可或缺的基础，且为产业中细分领域最多的环节，确保半导体材料自主稳定供应已成为中国的迫切需求。
从核心材料碳化硅来看，全球市场呈现美国、欧洲、日本三足鼎立格局，其中美国一家独大，拥有全球70%~80%碳化硅半导体产量；欧洲在碳化硅衬底、外延、器件及应用方面拥有完整产业链；日本是设备和模块开发方面的领先者。中国是碳化硅最大的应用市场，但因起步较晚，目前国内碳化硅产品80%左右仍依赖进口。但随着国内政策推动及下游市场需求，细分领域龙头效应明显，国产化替代成效显著。一是半绝缘型衬底领域进步明显。目前，国内企业在2~6英寸（1英寸=2.54cm）半绝缘型和导电型碳化硅衬底领域均已实现部分国产化替代，8英寸晶圆也在研制过程中。二是碳化硅外延市场逐步实现国产化替代。中国企业与国外企业在碳化硅外延层面的技术差别相对较小，均可满足3~6英寸的各类外延片生产，国内企业的供给量逐年提升，逐步成为全球主要供应商。三是国内企业积极布局器件市场。随着未来产能释放和技术进步，国内外企业差距正在逐步缩小。
新型显示材料包括机发光材料、偏光片、玻璃基板、靶材、光掩膜版、聚酰亚胺（PI）浆料、光刻胶等产品，具有投入大、技术流程长、投资风险高等特点。其下游新型显示行业属于技术密集型产业，往往随着新型显示材料的突破而变化。目前，中国新型显示关键材料大部分长期依赖进口，亟需加快实现国产化替代，以保障新型显示产业的安全。
新型显示材料中如偏光片、掩膜版、玻璃基板等领域，市场整体由海外企业控制，中国企业基础核心能力薄弱，但在部分细分产品领域生产技术上已取得重大突破。偏光片方面，聚乙烯醇（PVA）薄膜和三醋酸纤维薄膜（TAC）两大核心原材料最初在全球市场上被日本、韩国企业垄断，国内企业产能严重不足，严重依赖于国外供给，但因下游面板行业扩产为偏光片国产化带来了拉动效应。据统计，2021年，中国3家国产偏光片龙头企业市占率已提升至20%以上；电视用OLED偏光片也已取得技术突破，打破住友化学、三星SDI等日韩企业在该材料领域上的垄断。光掩膜版方面，中国能供给配套高性能掩膜版的企业寥寥无几，行业产品集中在G8.5以下的低端产品，但行业龙头已在G11超高世代的细分领域有所突破；玻璃基板行业在国际市场上仍由日本、韩国企业主导，中国也已实现了从无到有的突破，行业龙头企业分别实现了8.5代薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）玻璃基板等材料的国产化；超薄柔性玻璃（UTG）的技术在过去长期被韩国企业三星电子垄断，中国目前已有企业实现在良品率、弯折半径及弯折次数上的技术突破，并于2021年实现小规模供应。
新型能源材料主要包括反光釉料、氢能源燃料电池用柔性石墨双极板、新型能源复合金属材料、三元材料、三元材料前驱体以及超薄超宽金属锂带等，主要应用于锂电池、燃料电池等典型新能源关键领域。
关键战略材料国产化替代制约瓶颈和能力构建分析
首先通过分析关键战略材料国产化替代过程环节和产业特征来剖析实现国产化替代的突破口，在此基础上分析中国现阶段所面临的瓶颈问题。
分析认为，正是以上特征的影响，关键战略材料的国产化替代需要在技术、产业化和应用规模3个方面实现重点突破，才能有效实现从“有技术-有产品-材好用”的国产化替代整体循环（图1）。
表2基于TIS框架的发达国家关键战略材料政策举措分析
尽管中国关键战略材料产业获得跨越式发展，在部分国产化替代环节获得局部突破，但对照前文所述国产化替代关键突破点，现阶段还存在以下突出问题。
1、中国关键战略材料国产化替代中的瓶颈问题
1）原始创新及面向应用的基础研究创新能力弱，国产化替代缺乏核心技术掌控力。
由于中国发展起步晚，加之缺乏从国家战略层面的对基础研究的长期稳定支持，以及企业不够重视原始创新，中国关键战略材料领域技术储备、共性技术供给不足，国产化替代缺乏具有原创性基础性研究的支撑。如稀土功能材料近年来快速增长的专利多集中在边缘和改进型，高端产品的原创核心专利由国外掌控；EUV光刻胶80%以上的原创核心专利由日本富士胶片、信越化学、住友化学3家龙头企业控制；新型能源材料中核心材料和高端前沿材料的基础研究能力不足致使核心技术存在短板等。
2）创新投入不足及错位、分散，国产化替代缺乏要素保障力。
3）研发到应用的长周期特性，以及共性关键技术研发和中试平台的缺失，限制已有研发能力向市场产品的应用转化力。
关键战略材料从研发到应用周期往往长达10~20年，产业的长周期性导致中国关键战略材料的某些技术虽然实现了突破，但在短期内难以转化为进入市场的国产化替代产品。加之中国尚未建立起面向产业化的、开放的、产业共性关键技术研发和中试平台，更加剧了关键战略材料跨越从研制到应用转化“死亡鸿沟”的难度。如，中国目前已突破超高纯稀土金属制备技术，但离实现产业化、保障集成电路等电子信息产业发展还有很长距离。
4）基础设备、技术、检测体系缺乏，制约已突破技术向产品研发应用的基础协同支撑力。
5）上下游产业链合作机制不畅，国产化产品难以进入供应链，国产化替代缺失市场应用反馈力。
关键战略材料的技术突破及产品性能稳定提升需要基于产业链带动形成工艺参数反馈，需要上游材料研发、生产和下游应用企业建立起“研发-应用-反馈-再研发”的密切协同机制。材料下游企业客户黏性强，由于长期采购、应用国外材料产品，不愿随意更换供货商，因此采购国产材料意愿不强，造成国产材料产品研发成本高、应用少，这又进一步降低了材料企业持续投入的积极性；此外，由于缺乏通过下游应用验证，国产产品迭代研发受阻，导致性能难以改进提升，无法与进口材料匹敌，陷入恶性循环。例如，稀土永磁材料生产企业和应用端的电机企业间缺乏有效协作，导致磁性材料性能难以满足电机不同场景的设计需求，阻碍产品的应用和国产化替代进程；新型显示材料缺乏从材料、器件、终端到最终应用的全产业链创新生态体系，产品难以单兵突破。
2、中国关键战略材料国产化替代中的能力构建
面对中国关键战略材料国产化替代中的瓶颈，分析认为，亟需构建起“核心技术掌控力”“资源要素保障力”“技术应用转化力”“基础支撑协同力”“市场应用反馈力”这五大能力（以下简称“五大能力”），才能有效实现“有技术-有产品-材好用”的整体进程（图2）。
中国关键战略材料国产化替代的发展战略与政策设计
借鉴欧美发达国家构筑TIS的经验，并结合中国关键战略材料国产化替代中所存在的问题，可以发现构建和完善中国关键战略材料技术创新生态系统是在技术、产业化和应用规模3个方面实现重点突破、构筑“五大能力”的有效路径，设计逻辑见图3。因此，紧紧围绕TIS框架的6个方面，提出以下促进中国关键战略材料国产化替代的发展战略和政策举措。
1、形成促进社会多方主体投入关键战略材料国产化替代活动的合法化机制
图3基于TIS视角的中国关键战略材料国产化替代战略举措设计逻辑
2、优化中国关键战略材料国产化替代技术创新方向的预判和指引机制
3、搭建关键战略材料国产化替代领域知识开发、整合交流和扩散机制
4、完善开发关键战略材料下游市场需求、拓展市场边界的市场开拓机制
5、优化提升关键战略材料创新高端要素的资源配置机制
6、激发关键战略材料新创企业或在位企业开展国产化替代突破的创新试验机制
结论
在分析关键战略材料领域国产化替代的现状和瓶颈问题的基础上，探讨其突破点和亟需构建的关键能力，并借鉴美国、欧盟和日本等材料强国的发展经验，从技术创新系统视角出发，提出促进中国关键战略材料国产化替代的战略举措设计，得到如下主要结论。
1）中国稀土功能材料在部分技术研究上处于世界领先地位或保持和国外同步，但总体仍呈低端化发展态势，高端领域核心技术较为缺乏；先进半导体及芯片制造材料国产化替代进程加速，未来产能释放潜力较大，国内外企业差距正在逐步缩小；新型显示材料基础核心能力薄弱，大多关键材料长期依赖进口，亟需加快实现国产化替代；新型能源材料发展迅速，低端领域已基本实现国产化替代，高端领域也已有所突破，但基础核心专利积累与国际先进水平仍存在差距。
2）中国关键战略材料在技术、产业化和应用规模方面存在以下瓶颈问题：原始创新及面向应用的基础研究创新能力弱，缺乏对核心技术的掌控力；创新投入不足及错位、分散，尚未形成联动效应，国产化替代缺乏要素保障力；研发到应用的长周期特性以及共性关键技术研发和中试平台的缺失，阻碍从研发到应用的转化；基础设备、技术、检测体系缺乏，难以突破工程化、产业化制约；上下游产业链合作机制不畅，阻碍产品应用和国产化替代进程。因此，亟需构建起“核心技术掌控力”“资源要素保障力”“技术应用转化力”“基础支撑协同力”“市场应用反馈力”5大能力，实现“有技术-有产品-材好用”的国产化替代整体循环。
3）对比美国、欧盟和日本关键战略材料创新发展的经验，发现各国围绕着技术创新系统的构建持续着力，未来应从形成促进多方投入的合法化机制、优化技术创新方向的预判和指引机制、搭建知识整合开发和扩散机制、完善开发下游需求和拓展边界的市场开拓机制、提升创新高端要素的资源配置机制以及激发企业创新突破的试验机制等方面进一步构建和完善中国关键战略材料技术创新生态系统。