探讨材料科学与工程的新时代

杨学会

摘要：经过多年的发展，中国已经成为强大的材料大国，在很多方面都领先于其他国家。毫无疑问地说中国发展自身材料科学的同时，结合材料特点，研究好材料，才是我国成为材料大国发展的根本。航空材料是材料科学工程前沿的产物，航空材料的水平直接标志我国对材料工程科学的认知和实践，引领了材料的创新应用，从根本上也赋予了材料科学与工程的新内涵，更推动了材料科学的进步。本文主要探讨材料科学与工程的内容，分析材料科学与工程发展的特点，最终为中国成为材料强国提出新的依据。

关键词：材料科学；工程；要素

在千万年历史发展中，材料是人类文明的见证者和推动力，伴随石材、木材、铁材、复合材料发展，人类也从地球奔上了茫茫太空。如今，材料已从经验性技术转化为科学研究，实验和理论达到高水平并具有“极限”性能特征，属于科学前沿；材料科学与工程已成为一个活跃而无止境的领域，极大地推动现代科学与技术发展。但是，材料科学与工程属于应用科学范畴的属性没有改变，因而“研究材料的目的全在于应用”一直是业界的座右铭。经历 60多年、特别是改革开放30多年发展，中国已经成为一个材料大国，在许多领域处于国际领先地位。如今，中华民族伟大复兴之梦正引领中国走向材料强国，举国上下正在探索一条强国之道。毋容置疑，从中国的现实出发，遵从科学规律，研究好材料、用好材料是根本道路。航空材料是材料科学与工程的前沿领域，常是一个国家材料水平的标志，比如飞机起落架用材代表一个国家材料水平，航空超高强度钢性能体现冶金技术水平，应当成为领头羊。一个材料强国的标志应包括对材料科学与工程的科学规律认识和实践，引领材料创新和应用，丰富材料科学与工程内涵，推动材料科学进步与发展。

1材料科学与工程元素

20世纪中期，在美国形成了材料与科学工程，并迅速成为一级学科，也是材料历史上发展的一件大事，结束了材料发展的混沌状态，弥补了产业脱节的现象。在20世纪80年代，材料科学与工程进入了新时代。材料科学与工程内容包含：合成、结构、加工、服役性能。其中成分组成与结构可以总结为从电子、原子到宏观尺度与材料相关，其结构变化以及成分特点呈现多样性变化。

成分是指材料成分，由于材料的设计不同，所以成分也不同，例如在立方体铁块中加入碳原子成为碳钢，但是添加合金元素又成为合金钢。结构是指材料组织结构，为了不同的属性，其设计的结构不同，低强度钢组织结构以珠光体为主，高强度钢设计为贝氏体，超高强度必须设计为马氏体为主。针对高性能的核心需要依据韧性和强度符合在一起，才能使其达到新的层次。

材料合成与加工是指材料的制备过程，金属材料与其他材料一样都要熔炼。不同材料的制备形式不同，但是熔炼是唯一一个解决材料塑性的手段、也是唯一一个提升材料塑性的办法。众所周知，比较高强度的钢都是采用控轧技术，在加热的时候都采用成坯结晶的方式，当加热到更高的温度以后，使钢的柔韧性达到一个比较高的强度。

在性质方面的要求中，其基本内涵可以总结为外界刺激整体的影响，在很大程度上也会影响制造方式，不同的制造方式材料的表征也不同。材料标准性能可以达到最高的层次，也是工艺水平达到比较高层次的一种新方法。与此同时材料会利用环节中的性能，如利用环境等，来提升材料的塑性。材料的四种要素是相辅相成的形式，更是科学发展的依据内容。因此要加强材料四要素的分析，从而保证材料科学与工程的长期发展。

2材料科学与工程的渗透过程

相关理论指出，人们认识客观世界的方式是反复认识才能知道真相。材料科学与工程也是客观认识的过程，需要从技术出发，与理论结合进行反复的认知才能得出相关内容。理论与技术相互结合的不同体，材料科学的发展需要与工程的发展结合在一起，进行实践的检验，才能最终达成材料科学与工程的全面渗透。材料科学与工程是全面的过程，研究中是以四个要素作为研究的重点，不同材料的应用基础不同，例如在实际的应用中，应该以基础强化机理为核心，进行材料的符合工程，材料也需要应用“超高强度理论”分析不同应用机理，从而使材料在形成过程中，达到所要求的强韧性的要求。材料科学与工程的相关性比较强，关于材料的各个高校中都开始设立专门的工程中心，来研究材料科学与工程的相关内容。

工程化的生产时间过长也是材料发展到高层次的过程，从材料的基础研究理论中得到相关内容，其研究过程还需要循环进行，直到相关研究人员可以达到比较高的层次，尽管时间周期会很长，但是最终的试验结果可以提升到比较高的层次。

3材料科学与工程“两个全过程”新时代

目前材料科学与工程已经进入了全新发展阶段，这一阶段的发展改变了材料的混沌状态，进入了创新时代。这一时代也标志着科学与工程的全面融合，从而最终获取了更多可靠的材料。在材料科学与工程的相互融合中，其研究为新材料的发展缔造了更多的渠道。其超高强度的应用，更多的展现了材料的集中性和敏感性，所以典型的材料集中到一个崭新的层次中，也使材料与工程两个内容全面融合到一起，才能是材料科学与工程科学引入到一个全新的时代。材料科学与工程进入全新的时代，也是材料固有性的一个发展，从根本上奠定了新理念的应用基础，也是我国材料实现可持续发展的根本。

4加强我国升级为材料强国的措施

为了进一步促进我国材料行业的发展，从根本使我国升级为材料强国，需要注重材料的发展。中国是一个材料大国，很多材料都处于领先的地位，要保证长期处于领先地位，需要注重固有性材料和应用性材料的发展，加强关键因素的应用，注重品牌市场的领先发展，同时加强不同材料生产的创新性发展，同时注重不同材料在企业的生产规模，以技术传导为核心，逐渐提升技术传递机制，从而为材料企业创造更多的发展机会。优化材料发展体系，将技术发展形式和材料体系应用到一起，从而帮助材料工程企业，建立一个崭新材料组织，以便提升材料的组成和结构，使材料的性能可以提高到新的层次。将材料的净化形式应用到强国的核心，所谓纯净化是指材料中包含杂质少，从而增加了材料的塑性。中国铸造业发展存在铸件寿命短的现象，与国外的差距大，因此要注重材料的净化形式，才能帮助材料科学的发展提升到一个比较高的层次中。在创新中国产业方面，注重具有特色的材料产业发展，注重材料技术转化，从而保证行业发展提高到一个比较高的层次中。

中国先进材料与国民经济和国防安全需求差距大，与国外先进水平差距大，与强国目标差距更大。快速改变落后形势、走上强国之道不是模仿外国，而是创新中国特色材料产业和业态。创新的基础和前提是遵循产业技术链与传递机制，建立高校。科研院所一企业，即基础理论、方法一技术创新研究。专业化、规模化企业三强一体的研究、创新型产业，形成适应科学发展规律、形成技术创新网络、革除技术转化壁垒、技术传递流程畅通业态。所谓产业技术链与传递机制指的是高校承担应用基础理论、方法研究与验证、传递，科研院所从事技术创新研究与演示、传递，企业负责技术规模化及利润最大化创新研究、生产和服役反馈，各司其责。通过“两个全过程”研究形成可用可靠技术和材料，以科学认识论和“真知”育人，以领先技术立业，以长寿命、高可靠关键构件应用赢取信誉，成就中国特色材料产业。

结束语

中国材料科学与工程已经步入到一个新的时代中，相关科技人员需要从根本上注重材料科学的发展，注重不同时期材料科学与工程的优化，应用材料科学与工程技术的四个因素，将材料纯净化形式应用到其中，才能保证中国材料科学与工程的全面发展。

参考文献

[1]佟运祥,王香,李莉等.材料科学与工程专业留学研究生教学质量提高途径研究[J].黑龙江高教研究,2015（6）:164-166.