—— 材料設計要重視運用理論研究成果
對話人物
金展鵬是中國科學院院士，著名的材料科技專家。他主要從事相圖熱力學與相變動力學研究，發(fā)明了飲譽世界的“三元擴散偶—電子探針微區(qū)成分”相圖測定法。曾任國際合金相圖委員會委員、國際相圖計算雜志副主編，現(xiàn)任國際《相圖計算雜志》副主編、亞太材料科學院院士。
理論與實際須相結合
記者：7月26日本報以《金展鵬 用脖子“轉動”材料世界的人》為題介紹了您的事跡，您以病殘之軀在國際材料界獨樹一幟，在社會上引起強烈反響，這使我想起在中南大學采訪時，聽大家說起您的研究，給我的感覺是“墻內開花墻外香”，您的學生在國際上受到一些著名研究機構的追捧，而且還有著名的跨國公司找您合作。您能通俗地介紹一下您所從事的研究嗎？
金展鵬：我和我的學生從事的是相圖研究。有人說，相圖是材料設計的索驥圖。人們在設計新材料時，面對迷宮似的材料世界，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*快的速度設計出性能*好的材料，以及在工藝制備過程中工藝參數(shù)應如何控制。當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，卻是不爭的事實。
記者：大家都承認新材料研究是科技和經濟發(fā)展的基礎，相圖有如此大的作用，為什么會“墻內開花墻外香”呢？
金展鵬：我想這一議論可能是指我國的相圖研究國際合作較多，而和國內科研機構，尤其是和企業(yè)的合作很少。我國在相圖的理論研究方面處于國際前沿，但應用卻非常落后，理論與實際脫節(jié)。一個重要的原因也許是人們還沒有看到理論研究成果對材料設計的實際效果吧。
記者：這方面有沒有一些成功的范例呢？
金展鵬：近年，一些研究機構和企業(yè)在設計新材料時，特別重視運用理論研究成果，紛紛采用相圖等多層次的綜合設計方法，大大提高了設計新材料的效率。不久前，航空發(fā)動機巨頭美國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)動機上，過去通用公司對這一材料沒有多少熱力學數(shù)據(jù)，不知道選用什么成分，經過我們的實驗測試和理論計算，這些問題都迎刃而解。我們關于氧化物陶瓷的研究成果已被美國麻省理工學院和美國宇航局成功用于有關材料的設計。另外，瑞典和日本的鋼鐵公司用相圖解決生產工藝及成分優(yōu)化問題，使他們的鋼鐵工業(yè)得到較快的發(fā)展。
綜合設計將成潮流
記者：我注意到，您剛才不僅提到了相圖，還提到綜合設計方法，什么是綜合設計方法呢？
金展鵬：近年來，從宏觀到微觀的各個層次的材料科學理論正在蓬勃發(fā)展，材料結構學、熱力學、動力學與形貌學的知識正在集成，但是人們不能等這些理論工作十分完善以后才進行材料設計，而應該在實踐中及時進行綜合，盡快進入實用階段。例如美國有一個小組已設計出一系列的新合金，包括為美國宇航局設計用于火箭發(fā)動機燃料泵上的新合金。他們從材料所需的性能出發(fā)，確定材料應當具有的結構，而結構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)和相應的工藝參數(shù)等，在計算機上優(yōu)化得到所需的合金，然后再進行典型的合金實驗，從而大大地減少實驗工作量。例如，他們在一個小實驗坩堝中僅用了17磅的材料就得到了他們所需的符合設計要求的合金試樣。
記者：您能預測一下材料設計的發(fā)展趨勢嗎？
金展鵬：材料設計的共同特點是指根據(jù)預定的性能來設計材料的成分結構和制備方法，沒有統(tǒng)一的范例。但可以肯定，科研人員將更加重視運用理論研究成果，發(fā)展各具特色的知識集成和材料設計體系。預計5—10年內，在不同的研究課題組中將會圍繞材料器件一體化，相繼形成全過程的、多層次的、動態(tài)的、多元化的材料設計知識體系。這些體系雖然不是盡善盡美的，卻是實用的。
亟須破解兩大難題
記者：我國要趕上這一發(fā)展潮流，*迫切需要解決的問題是什么？
金展鵬：我國的材料研究與國際先進水平相比，差距有二三十年，所以我國的材料研究應該雙管齊下，即破譯國際已有的新材料，同時開發(fā)新材料。因此，我認為我們迫切需要解決兩大問題：一是知識集成。我們要根據(jù)國家利益和科學技術自身發(fā)展的需要，在學科交叉的領域進行創(chuàng)新，在創(chuàng)新的基礎上及時地進行知識集成。二是人才培養(yǎng)。我國應該努力改善科研條件，采取自主培養(yǎng)和積極引進相結合的措施，通過聯(lián)合攻關，把不同學科專業(yè)和背景的科學家組織在一起，在共同完成研究任務的同時培養(yǎng)出視野更開闊的年輕一代，使其成為新型的材料戰(zhàn)略科學家。
我還要強調的是，雖然材料科學不是一門純理論學科，但是，它正在理論與實踐相結合、科學與技術相交叉當中，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用理論研究成果。只有如此，新材料設計才能收到事半功倍的效果。
