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访材料先进制备成形与加工的科学基础项目组 |
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| http://cn.newmaker.com
7/6/2006 10:02:00 AM
科技日报
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记者：向杰
首席：石力开
时间：2006年6月7日上午
地点：北京有色金属研究总院
由于北京早晨特有的堵车，当记者迟到半个钟点，到达石力开教授办公室门时，这位鹤发童颜的长者已经和另外一位科学家“久等”了。
原来，为了配合记者的采访，石教授这天特意找来了课题的另一名主力、北京科技大学新金属材料国家重点实验室副主任张济山教授。两位在973课题“材料先进制备、成形与加工的科学基础”里已经默契合作了5年的学者，今天携手向一个对此全然不懂的小记者开始了“艰难”的科普。
记者：课题的题目是“材料先进制备、成形与加工的科学基础”，那么材料的先进与否是如何确定的呢？
石力开：从我们研究的角度来看，一个材料的先进与否主要取决于它的成分、组织及其工艺。而材料“先天”成分的优劣也要通过它的组织与工艺才能表现出来。
我们在谈论材料时，一般将其分解为四个要素：一个是它的化学成分；一个是它的组织结构；再一个是材料的制备与加工；最后是材料的使用性能或者说表现。而其中，“材料的制备与加工”可以说是将其上下三个要素串起来的一个关键节点。
记者：这是否也是课题对此展开研究的一个主要原因？
石力开：从科研的角度可以这么说。而从材料研究的社会意义来看，它更是一个国家经济建设与社会进步必不可少的物质基础。
我总认为，一个用不上的材料就是没有用的材料。目前，有些材料别人能用上，我们却用不上。究其原因，一是我们在材料开发技术上与国际先进水平还有差距，创新性不够，没法用这些新颖的材料；还有很多地方是因为我们知道这些材料，但就是制备不出来，或者不能大规模制备出来，要么是制造成本过高，要么是性能不稳定……这是我们这些搞材料研究的人一直想解决的问题。
记者：经过一期5年的研究，课题组在理论上取得了哪些成绩？
石力开：这个说起来就多了，而且也比较专业。5年来，我们在相关共性基础理论研究取得了重要突破，部分达到国际领先水平。第一点是特定条件下的凝固成形规律与控制研究。它确定了快速凝固非平衡条件下和外场作用下的凝固成形过程、组织形成与演化规律及其调控原理；材料在不同形式能量作用下的熔化和凝固成形机制及细观力学行为；第二个方面是多相体系的流变塑变行为与近终形成形研究。它确定了多相体系的宏观和细观流变塑变行为及成形过程中的多相转化与分离规律，缺陷的形成机制与控制原理。第三点是多因素作用下的形变、相变与界面行为及其耦合作用与调控。它确定了固态成形加工过程中的形变—相变—组织的交互作用机制与本构关系；界面反应和界面演化规律；粉体材料致密化与强化烧结机理；载能离子束与材料的作用机理及微观结构的形成与演化规律。
记者：这些听上去确实比较专业，那这些理论是如何为实际服务的？
石力开：在这些理论的基础上，我们在新材料制备关键技术取得了重要进展，形成了三类主要的、有典型代表性的先进制备、成形与加工技术。
一是用于发展先进材料的先进制备、成形与加工技术，如近快速凝固体材料制备技术、粉末增塑成形技术、等温加工技术、低温强加工技术等；
二是面向传统产业的先进制备、成形与加工技术，如精确铸造成形技术、半固态加工技术、陶瓷胶态成形等；
三是前沿制备、成形与加工技术，如载能离子束技术、激光快速成形技术等。
这三个方面的技术代表了国内外材料先进制备、成形与加工领域的研究开发热点及前沿，保证了课题研究的代表性和学科发展的带动性，确保了良好研究效益的发挥。
记者：这些成绩，还有没有其他形式的体现？
石力开：5年的研究，我们共发表相关论文1235篇，大大超过了任务计划书规定的指标。其中，SCI收录743篇，EI收录223篇，国内外学术会议特邀报告108次，出版专著14部。可以说，课题研究在理论和实践方面均达到了国内外同行认可的水平，在国内外相关学术领域已占有一席之地。
此外，我们还申请了国家专利115项，授权达63项，这为保护研究成果的知识产权，促进研究成果的产业化开发也提供了保障。
记者：您能够举一个课题研究取得突破性进展的例子吗？
石力开：那就说说清华黄勇教授领导的“陶瓷胶态成形与烧结技术的基础问题”的研究吧。他们通过系统研究陶瓷成形中缺陷产生、遗传、变异、新生规律及其对性能的影响机制，发展了高性能、低成本的陶瓷胶态成形新技术，促进高性能陶瓷产业化和传统陶瓷产业的升级改造，达到了降低能耗、提高生产效率的目标。该项技术通过压力诱导陶瓷浓悬浮体固化，克服单纯温度诱导固化产生温度应力导致制品开裂的缺点，所制备产品可靠性高，制造成本低，达到了国际领先水平。
他们还根据陶瓷胶态成形技术的原理，自行研制出胶态注射成形机。它大幅度降低了传统的陶瓷注射成形所需的有机粘结剂添加量，使排胶时间大为缩短，同时大大降低了排胶开裂的可能性，使该工艺既具有胶态原位凝固成形坏体均匀性好、有机物含量低的特色，又具有注射成形自动化程度高的优点。
该课题在国家和地方政府的支持下，目前已建成中试基地和产业化基地，包括7500平方米的生产车间，1500平方米的办公楼，成立了清华大学陶瓷胶态中试基地和邯郸市先进陶瓷工程技术研究院。课题众多成果之一———陶瓷微珠生产技术和工艺生产线被世界500强企业之一的圣戈班集团公司以3600万人民币的价格收购。
记者：看来这个973课题在研究期间就获得了明显的经济效益。
石力开：还有经济效益更大的。课题组与马鞍山钢铁股份有限公司合作完成了“马钢薄板轧机机架及5000吨油压机横梁大型铸钢件的研制”项目，并于2004年11月6日通过鉴定。鉴定专家组的结论是：通过计算机数值模拟、铸造工艺优化，所研制的大型铸钢件经检测和生产应用证明，产品质量达到国际先进水平。
该项目的完成使得“马钢220万吨双板轧机工程”提前6个月投产，增加产值可达44亿元，利润可达1亿元以上；18片冷、热轧机机架及2件横梁的生产为马钢公司节省外汇资金约1000万元；马钢公司在该项目中获取的效益约为800万元。总计直接经济效益可达1.18亿元以上。通过项目合作，马钢目前已具备年产5000吨大型铸钢件的生产能力，成为国内第三家能生产200吨以上特大型铸钢件的厂家。
记者：听到这样的消息真是激动人心。还有这样的例子吗？
石力开：课题组研究成果之一，材料模拟仿真技术在国家重大工程项目中开始发挥重要作用。中国第二重型机械集团公司采用这一研究成果，对三峡大型水轮机叶片的铸造过程进行了模拟分析。他们在此基础上，制定了合理的铸造工艺，确保了该叶片得以一次试制成功，已通过国家正式验收，并通过鉴定。由国务院三峡办、中国机械工业联合会共同主持召开的鉴定委员会专家组认为：“该叶片技术资料齐全，采用了计算机优化等先进技术，符合有关标准要求，达到国际同行业先进水平。”二重集团公司的使用证明也指出：“模拟情况与实际生产基本吻合，为工厂解决了多种铸件的实际生产问题。软件具有实用价值，为工厂带来了巨大的经济效益。……热应力分析部分达到了国际先进水平。该软件适合我国铸造工厂生产的实际条件，可以进一步推广应用。”
记者：作为首席科学家，5年来，您认为课题组最大的收获是什么，是否就是刚才我们谈到的这些在实际应用中取得的一系列重大成果？
石力开：这些应该说是一个方面。但我个人认为，更重要的是，在这一基础研究领域，我们通过973课题保持了一个研究方向，形成了一支强有力的科研队伍。我不敢说我们这个团队已经囊括了全国材料研究领域全部的精英，但最少有一点可以肯定，能够进入这个课题的科学家，尤其是中青年科学家，都是非常优秀的。通过5年的磨合，这样一支队伍所蕴藏的能量不可估量。
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