—— 材料設(shè)計(jì)要重視運(yùn)用理論研究成果
對(duì)話人物
金展鵬是中國(guó)科學(xué)院院士，著名的材料科技專家。他主要從事相圖熱力學(xué)與相變動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)明了飲譽(yù)世界的“三元擴(kuò)散偶—電子探針微區(qū)成分”相圖測(cè)定法。曾任國(guó)際合金相圖委員會(huì)委員、國(guó)際相圖計(jì)算雜志副主編，現(xiàn)任國(guó)際《相圖計(jì)算雜志》副主編、亞太材料科學(xué)院院士。
理論與實(shí)際須相結(jié)合
記者：7月26日本報(bào)以《金展鵬 用脖子“轉(zhuǎn)動(dòng)”材料世界的人》為題介紹了您的事跡，您以病殘之軀在國(guó)際材料界獨(dú)樹一幟，在社會(huì)上引起強(qiáng)烈反響，這使我想起在中南大學(xué)采訪時(shí)，聽大家說起您的研究，給我的感覺是“墻內(nèi)開花墻外香”，您的學(xué)生在國(guó)際上受到一些著名研究機(jī)構(gòu)的追捧，而且還有著名的跨國(guó)公司找您合作。您能通俗地介紹一下您所從事的研究嗎？
金展鵬：我和我的學(xué)生從事的是相圖研究。有人說，相圖是材料設(shè)計(jì)的索驥圖。人們?cè)谠O(shè)計(jì)新材料時(shí)，面對(duì)迷宮似的材料世界，相圖好比指路牌，它能告訴你，通往目的地有哪幾條路可供選擇，哪條路可能*好。也就是說，相圖能從理論上解決如何用*快的速度設(shè)計(jì)出性能*好的材料，以及在工藝制備過程中工藝參數(shù)應(yīng)如何控制。當(dāng)然相圖不可能料事如神，但可以成千上萬倍地提高探索新材料的效率，卻是不爭(zhēng)的事實(shí)。
記者：大家都承認(rèn)新材料研究是科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，相圖有如此大的作用，為什么會(huì)“墻內(nèi)開花墻外香”呢？
金展鵬：我想這一議論可能是指我國(guó)的相圖研究國(guó)際合作較多，而和國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，尤其是和企業(yè)的合作很少。我國(guó)在相圖的理論研究方面處于國(guó)際前沿，但應(yīng)用卻非常落后，理論與實(shí)際脫節(jié)。一個(gè)重要的原因也許是人們還沒有看到理論研究成果對(duì)材料設(shè)計(jì)的實(shí)際效果吧。
記者：這方面有沒有一些成功的范例呢？
金展鵬：近年，一些研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在設(shè)計(jì)新材料時(shí)，特別重視運(yùn)用理論研究成果，紛紛采用相圖等多層次的綜合設(shè)計(jì)方法，大大提高了設(shè)計(jì)新材料的效率。不久前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭美國(guó)通用電氣公司找我們合作，研究高溫鎳基合金的相變。高溫鎳基合金用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，過去通用公司對(duì)這一材料沒有多少熱力學(xué)數(shù)據(jù)，不知道選用什么成分，經(jīng)過我們的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論計(jì)算，這些問題都迎刃而解。我們關(guān)于氧化物陶瓷的研究成果已被美國(guó)麻省理工學(xué)院和美國(guó)宇航局成功用于有關(guān)材料的設(shè)計(jì)。另外，瑞典和日本的鋼鐵公司用相圖解決生產(chǎn)工藝及成分優(yōu)化問題，使他們的鋼鐵工業(yè)得到較快的發(fā)展。
綜合設(shè)計(jì)將成潮流
記者：我注意到，您剛才不僅提到了相圖，還提到綜合設(shè)計(jì)方法，什么是綜合設(shè)計(jì)方法呢？
金展鵬：近年來，從宏觀到微觀的各個(gè)層次的材料科學(xué)理論正在蓬勃發(fā)展，材料結(jié)構(gòu)學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)與形貌學(xué)的知識(shí)正在集成，但是人們不能等這些理論工作十分完善以后才進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，而應(yīng)該在實(shí)踐中及時(shí)進(jìn)行綜合，盡快進(jìn)入實(shí)用階段。例如美國(guó)有一個(gè)小組已設(shè)計(jì)出一系列的新合金，包括為美國(guó)宇航局設(shè)計(jì)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料泵上的新合金。他們從材料所需的性能出發(fā)，確定材料應(yīng)當(dāng)具有的結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)組合又取決于合金成分以及不同的制備過程中的工藝參數(shù)，因此人們可以通過各種虛擬的合金成分、不同制備方法(如熔鑄、
粉末冶金等)和相應(yīng)的工藝參數(shù)等，在計(jì)算機(jī)上優(yōu)化得到所需的合金，然后再進(jìn)行典型的合金實(shí)驗(yàn)，從而大大地減少實(shí)驗(yàn)工作量。例如，他們?cè)谝粋�(gè)小實(shí)驗(yàn)坩堝中僅用了17磅的材料就得到了他們所需的符合設(shè)計(jì)要求的合金試樣。
記者：您能預(yù)測(cè)一下材料設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)嗎？
金展鵬：材料設(shè)計(jì)的共同特點(diǎn)是指根據(jù)預(yù)定的性能來設(shè)計(jì)材料的成分結(jié)構(gòu)和制備方法，沒有統(tǒng)一的范例。但可以肯定，科研人員將更加重視運(yùn)用理論研究成果，發(fā)展各具特色的知識(shí)集成和材料設(shè)計(jì)體系。預(yù)計(jì)5—10年內(nèi)，在不同的研究課題組中將會(huì)圍繞材料器件一體化，相繼形成全過程的、多層次的、動(dòng)態(tài)的、多元化的材料設(shè)計(jì)知識(shí)體系。這些體系雖然不是盡善盡美的，卻是實(shí)用的。
亟須破解兩大難題
記者：我國(guó)要趕上這一發(fā)展潮流，*迫切需要解決的問題是什么？
金展鵬：我國(guó)的材料研究與國(guó)際先進(jìn)水平相比，差距有二三十年，所以我國(guó)的材料研究應(yīng)該雙管齊下，即破譯國(guó)際已有的新材料，同時(shí)開發(fā)新材料。因此，我認(rèn)為我們迫切需要解決兩大問題：一是知識(shí)集成。我們要根據(jù)國(guó)家利益和科學(xué)技術(shù)自身發(fā)展的需要，在學(xué)科交叉的領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上及時(shí)地進(jìn)行知識(shí)集成。二是人才培養(yǎng)。我國(guó)應(yīng)該努力改善科研條件，采取自主培養(yǎng)和積極引進(jìn)相結(jié)合的措施，通過聯(lián)合攻關(guān)，把不同學(xué)科專業(yè)和背景的科學(xué)家組織在一起，在共同完成研究任務(wù)的同時(shí)培養(yǎng)出視野更開闊的年輕一代，使其成為新型的材料戰(zhàn)略科學(xué)家。
我還要強(qiáng)調(diào)的是，雖然材料科學(xué)不是一門純理論學(xué)科，但是，它正在理論與實(shí)踐相結(jié)合、科學(xué)與技術(shù)相交叉當(dāng)中，以令人眼花繚亂的速度飛速發(fā)展著，所以科研人員一定要重視運(yùn)用理論研究成果。只有如此，新材料設(shè)計(jì)才能收到事半功倍的效果。
