材料科学与工程的新时代

材料科学与工程的新时代

罗陈

中铁十一局集团第五工程有限公司四川凉山400037

摘要：材料科学与工程的“四要素”及“两个全过程入手弥补了理论与技术的脱节，也为保证材料的可靠性提供了基础，本文重点分析了我国在新时代适应材料科学与工程的发展要求，并将其转化为强大生产力的有机途径。

关键词：材料科学与工程；新时代；全过程；四要素

在几十年的发展过程中，中国已经成长为世界瞩目的材料大国，大量的材料品种及具体规模居于世界领先地位，在新时代的机遇下，材料科学于工程的发展正助推中国完成材料大国到材料强国的转型，主要目标有：“两个全过程”的持续转型升级；形成完整的关键元件体系；继续深入材料科学与工程的相关研究，在基础理论、方法应用以及前沿创新领域居于世界前列。

1新时代材料科学与工程的基本概况

材料科学与工程的“四要素”指组成结构、合成加工、性质及服役行为，这四个要素的重要性无从比较，在材料科学的研究过程中必须予以全面重视。其中，组成与结构包括结构无限变化演绎材料复杂性能、裁剪材料、表征分析等，不同材料由于组成结构的不同，针对于其的具体设计与引用必然差异，单以不同强度的钢材料为例，高强度钢可以设计为贝氏体，而低强度钢通常只能设计为珠光体，这是材料涉及必须遵循的基本准则。合成加工主要聚焦于所有尺度下团队结构的控制及材料构件的演化过程，通常应用于具体材料的制备。而“性质”这一要素主要指才来哦本身的具体特征，如其对外界此机的反应、表面特征等，是某一材料所具有的固定的、独特的性能，通常用此来评价某一材料的适用性与可靠性。服役行为即为材料在可能的服役环境中必须的性能，这要求其在基本性能之外，拥有注入抗腐蚀、抗疲劳的复杂性能。材料科学于工程学科本身属于应用性的科学范畴，其研究的最终目的是转化为生产力，因此常将材料研制与材料应用研究的全过程成为材料科学与工程的”两个全过程，这是新时期探寻材料强国建设必须正视的两大过程。

2新时代我国材料强国的建设

2.1材料强国必须直面的挑战

尽管我国作为材料大国已经取得了一系列突出成就，但要想在新时代的发展态势下继续保持告诉的发展速度、完成高效的转型升级必然要只卖你技术、产业以及创新能力方面的严峻挑战。由于我国材料科学起步较晚，因此在基础领域必然存在着理论不扎实、体系有待完善的局面，尤其是在如何将相关理论转化为助推经济增长的生产力方面仍然亟待努力。科学管理理念的缺失使得关于“两要素”的研究存在青黄不接的情况，尽管我国日益增强的综合国力为其研究提供了充足的人力、无力成本，其在创新方面也有所突破，但始终存在着理论难以被准确证实、难以形成完整体系的困难。要想成长为材料强国，就必须将科学技术体系化，才能转化成为有效的生产力。除此之外，在产业方面也亟需形成配套材料强国的新时代产业建设，让企业、研究机构真正成为创新发展的主体。但在实践中不难发现，研究机构与企业仍然存在着相互割裂的具体情况，难以形成“产、学、研”三者的有机统一，研究机构聚焦于理论建设，忽视了核心理论向企业等实务部门的输出，而企业受限于追逐利润的现实目标，难以在产业化、规模化方面取得突破。形成强大的产业集群是我国材料强国的必然要求，如果不能形成合理、高效的产业模式，那么核心竞争力的提升也就无从谈起。

2.2优化材料体系配套

材料体系即为牌号体系及其技术体系的总体，材料体系的构建与升级时建设材料强国的必由之路。其中，以结构材料、功能材料、复合材料为代表的牌号体系主要以同类特征指标进行划分，同时，也存在着Aermet100、38Cr2Mo2VA等复杂体系；而技术体系则是牌号体系得以正常运行的技术依托，通过如标准体系、应用技术体系、工程化生产体系等为拍好体系提供强大的技术支持及可靠性保证。两者在复杂程度方面存在明显对比，如果将牌号体系比喻为山上的宝塔，那么其下的一整座山都可以视为技术体系，单以中国逾2500个航空体系为例，这其中需要的大规模、多数量的技术体系的复杂程度可想而知。由于我国材料科学起步较晚，在早期大量的牌号体系均伴随着对外国机械产品的引进而逐步形成，这一特点使得牌号体系存在标准、工艺方面的明显差别，至今仍然影响着我国材料科学的发展；同时，大量的研究机构为了完成科研立项的要求，几乎每一年度都会引入新的牌号体系，这更为两大体系的构建增加了难度。因此，在材料强国的建设中，必须建立起规范化、统一化的参考标准，整顿当前行业内参差不齐的现实状况，才能创设出一个优质的建设环境。

2.3做好材料纯净化这一核心工作

先进材料是材料强国建设的重点目标，而先进材料的应用对象主要为多样化的关键构件，要想提升先进材料的整体水平，就要使得其适应关键构建对于长寿命、高质量、抗疲劳的现实要求。长期的材料科学研究证明，材料的纯净化工作是达成这一现实要求的关键因素，高纯净度的先进材料将为关键构件搭建起一道可靠的”防火墙“，可以说，材料的纯净程度与关键构件的寿命及质量成直接的正相关关系。纯净度的对象主要为材料中夹杂物的比例，夹杂物并非材料本体，因此其必然会与材料形成明显差异，其中断裂、不连续的状态会很容易导致关键构件产生疲劳裂纹、降低原有寿命。例如，关键构件的疲劳失效主要表现为表面的多源化，而造成这一现象的原因多为夹杂物的出现，而一旦进行表面强化，疲劳裂纹就会更加明显，直接出现在亚表面，此时夹杂物就是造成关键构件实效的直接原因。再比如，高温关键构件还以蠕变为实效形式，其也与夹杂物的存在密不可分。纵观美国飞机起落架的发展，其中选取的高强度钢从300M发展为Aermet100，大大增强了其使用寿命与强度，这其中的主要原因就是因为硫等杂质元素的降低。可以说，不完成提高材料纯净化水平的基础，就很难在材料强国的建设中取得突破性进展。

2.4推动中国特色创新化材料产业建设

在新时代材料强国的建设过程中，中国的材料科学与工程研究者必须正视我国中国材料产业建设的横向与纵向差距，即我国先进材料与我国新时期经济及国防建设实际要求之间的差距、以及我国与其他材料强国之间的现实差距。要想在“走得稳”的基础上谋求突破性进展，打破传统先进材料的落后局面，绝不能一味模仿外国，而要构建起中国特色创新话材料产业建设的新体系。要谋求创新，就必须尊重材料科学的基础理论，严格遵循产业技术链条的相关要求，完善理论、产业化的传递机制，推动产学研体系的建设，即建立起高校及研究所做好前沿理论研究、企业形成规模化生产、在全社会形成创新氛围的新体系，形成一套适应国际化的前沿网络，打破技术壁垒，畅通先进技术转化为先进生产力的渠道。高校应承担起落实基础理论及基础方法论的传递工作，扎实材料科学与人才后备队伍的理论水平，高等科研机构应着眼于国内外前沿的理论需求，通过多层次、多样化的技术实验保证新理论、新方法的科学性，企业在提升自身利润水平的同时，要增强社会责任意识，主动承担起规模化生产、扩大社会效应、提升核心竞争力的要求，形成三者有机融合、互相促进的新局面。通过

3结语

材料科学于工程迎来了发展的新时代，我国应着眼于“四要素”的基本特点落实“两个全过程”的研究，扎实丰富可靠的材料基础，以“高精尖”的科学研究观念转化为强大的技术生产力，以技术生产力创造更多符合时代要求的新型材料构建，提升我国材料产业的核心竞争力。

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