我国的材料科学研究规模全球领先，但为何诸多战略材料仍被“卡脖子”？科技界需要做什么，打算怎么做？8月23—24日，2019使役条件材料结构和性能关系学术研讨会在浙江桐庐召开，包括6位院士在内的160多位学者与会。会议认为，改革开放以来，我国的材料科学研究蓬勃发展，与之形成鲜明对比的是，材料工程层面的研究仍然欠缺落后，急需“补课”。强调战略材料的真实服役状态，以先进的科学研究手段去全链支撑材料工程实际，将是我国破题“卡脖子”问题的关键，也是科学界下一步的努力方向。
根据工信部2018年公布的对全国30多家大型企业130多种关键基础材料调研结果，32%的关键材料在中国仍为空白，52%依赖进口，绝大多数计算机和服务器通用处理器95%的高端专用芯片，70%以上智能终端处理器以及绝大多数存储芯片依赖进口。在装备制造领域，高档数控机床、运载火箭、大飞机、航空发动机、汽车等关键件精加工生产线上逾95%制造及检测设备依赖进口。中国制造业创新力不强，核心技术短缺的局面尚未根本改变。
“中国的材料似乎什么都做，但是关键的材料，特别是影响国家的安全，影响国民经济的高端材料往往都不行。”会议主席，中科院院士、浙江大学学术委员会主任张泽提出，当前中美贸易战暴露了当然我们在材料领域面临的挑战性问题，“要知其然并知其所以然，怎样使材料用得上，更好提升战略材料在真实使役条件下的性能，是我们此次会议的共同话题。”
“欠账”材料问题，并不是简单的“工艺不行”
研讨会上，许多研究都围绕航空发动机中涡轮叶片的主材——镍基单晶高温合金展开，它被誉为航空工业“皇冠上的明珠”。当涡轮叶片高速运转时，叶片要耐受1100摄氏度以上的高温，每平方厘米能负载一辆重型卡车的重量。目前，中国的制造水平与美国还存在2个代次的差距。
“这样一个小小的叶片，美国的‘热处理’生产环节是怎么做的？他们在50摄氏度附近，循环着升温、降温，反复执行50个小时，目的是让不同的元素在金属内部更加均匀的分布，为什么要这样做，后面都是有科学数据支撑的，但人家不会告诉我们。而在中国的生产线上，上述过程也许只有一步。”张泽说。
中国科学院金属所研究员马秀良认为，“在物理冶金这一基础科学指导下的材料制备”是中国材料领域的长期以来忽视的短板，急需补课。马秀良说，材料研究涉及四大要素：性能、使役行为、微观结构、制备与加工。“改革开放以来，我们对于材料结构与性能的研究手段已取得了长足进步，甚至已经比肩国际先进水平，但我们的材料还做不到理想的性能、也达不到需要的使役行为，分析这四大要素，很容易看出‘制备加工’环节拖了后腿。”马秀良说。
“‘基于物理冶金学的材料制备’环节需要大量实验数据的积累，”马秀良说，每一个步骤对应的参数是多少，都需要严格的、大量的、长时间的数据积累和研究。十九世纪中后期化学热力学理论的创立为合金相图的建立打下了基础。合金相图被认为是材料设计的地图，从相图上可以直观地看出多组元中各种凝聚状态及他们所处的条件。在欧美和日本等知名大学和研究机构，至今仍有学者在从事着“古老”的相图工作，为合金材料的制备提供精细的“地图”。而中国，在合金相图的建立这一环节长期以来没有引起足够的重视。凭经验、非定量、‘模糊控制’等做法限制了高性能材料的制备及其性能的提升。”
“材料做不出来，并不是简单的‘工艺不行’，而是在微观层次的理解还不够。”张泽认为，改革开放以来，中国的材料领域，存在科学与工程发展的严重失衡的现象。大量的研究力量投身于科学研究，并取得了令人瞩目的成就，而材料工程这一块却始终没有充分发展。“科技界需要承担起这方面责任，去弥补过去忽视工程实际，一股脑儿去追求时髦科学、前沿热点留下的缺憾。”
改革开放之前，我国科技发展停滞了30年，“这30年里，国外所做的事就是我们现在所遇到的这些问题。”张泽说，发达国家科学与工程研究一直是同步进行，支撑起了高端的研究与高端的制造。而反观国内，相比于紧跟国际前沿的材料科学，材料工程研究却“冷”了太久。“在物理冶金这基础科学指导下的高端材料制备，我们落下的课迟早是要补的。”马秀良说。
中科院院士，哈尔滨工业大学教授韩杰才说，材料最薄弱的问题，就是基于科学的精细化研究不够，这进一步带来了关键材料的“卡脖子”问题。
“材料领域的‘欠账’问题，我感受很深。”中科院院士、北京理工大学教授方岱宁说，“如果不真正沉下心来，去想办法让材料真正去使用，国家就会一直存在高端的材料受制约的情况”。
“回馈”使役条件下，科学与工程的一体化研究
“高校有好的仪器，好的手段，好的研究团队，现在是时候也理应做出‘回馈’，为国家卡脖子的关键材料做点事了。”张泽的这番话引起了许多专家学者的认同。他提出，电子显微镜等高水平的研究手段，应该更多的“回馈”到把材料做得有用，用得上的方向上。
自去年起，浙江大学先后出资7000万元，组建高温合金研究所，开展高温合金设计和优化、合金凝固和精确成型、材料设计与制备、材料微观结构分析和表征一体的高温材料科学研发平台，在与会专家眼中，这是以高水平科学研究支持材料工程的一项示范。
中国科学院院士、中科院物理所研究员沈保根说，他最初以为高温合金研究所就是用电镜去看合金材料的，后来发现理解还不够到位。“原来，这里是从头到尾地从‘炼钢’开始，从材料的制备到表征，把结构与服役条件组合起来研究。”沈保根说，“主动的把科学和工程放在一起，科学家承担起责任，我觉得我们搞材料的都应该要有这样的勇气。”
与会专家指出，上世纪80年代以来形成的以论文来衡量学术水平的评价机制，很大程度上限制了工程科技的发展。大量的研究人员投身于材料科学研究，而对于“产出”不那么显性的工程领域，科研力量仍显匮乏。学者们期待有更加合理多元的评价体系，来释放科技人员的创造力，鼓励更多的科研人员投身材料工程研究。“做有用材料，也许发表不了高影响因子的论文，得不到鲜花掌声，但我们一定要支持他们，这也是我们的责任。”张泽说。
中国科学院院士，浙江大学教授陈云敏认为，“回馈”还应体现在人才培养环节，建议材料专家联手编写《工程材料》的大学教材。“我国高校当前的教材设计，土木专业学的是建筑材料、机械学的是机械材料，从一个很窄的行业领域去编写的教材，学生的思路容易受到局限，《工程材料》有助于学生在更为深刻透彻的理解工程材料的共性问题。
图：6位中科院院士与专家学者纵论“卡脖子”技术
会议背景及概况
中美贸易战环境下，新一代信息技术、航空航天装备、海洋工程和高技术船舶、节能环保、新能源等领域的发展，关键战略材料的国产化迫在眉睫，对国产关键战略材料质量性能、保障能力等也提出了更高要求。
2019--使役条件下材料结构和性能学术研讨会于8月23-24日在杭州桐庐经济开发区管委会孵化园召开，会议由浙江省科创新材料研究院主办，来自全国高等院校、科研院所以及相关企业的160余位专家学者、研究生以及企业技术骨干出席研讨会。浙江大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学以及中国科学院等高等院校和科研院所的29位专家学者与会并作学术报告；中国科学院院士、浙江大学材料科学与工程学院教授、浙江省科创新材料研究院院长张泽院士担任大会主席，与中国科学院沈保根院士、方岱宁院士、陈云敏院士、韩杰才院士、郭万林院士等组成大会学术委员会。
出席研讨会的6位院士与大会报告的专家学者进行了深入交流，与相关专家学者围绕使役条件材料结构和性能关系进行panel discussion，并与参会代表进行了良好互动。
