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中国机械工程学会材料分会组团参加了2001年6月10~13日在日本举行的“第四届中日双边高温材料强度研讨会”。
一、会议概况
中日双边高温材料强度研讨会由中国机械工程学会材料分会高温材料强度委员会与日本材料科学学会高温材料强度委员会联合发起。旨在促进中日双边科学家、工程师之间的学术交流,加强两国在材料高温强度领域的研究与合作。首届研讨会于1992年在中国洛阳召开,第二届于1995年在日本长冈召开,第三届于1998年在中国南京召开,第四届会议于2001年6月10~13日在日本筑波(Tsukuba)的国立材料科学研究所召开。
本次会议中方代表团以南京工业大学教授、会议学术委员会主席涂善东博士为团长,代表团成员16人,分别来自国内高等院校、研究院所、检验机构和企业等部门,包括石油化工、发电、冶金、航空航天等领域,此外还包括来自英国和日本的3名华人代表。日方代表团成员18人,主要来自高等院校、国立研究院所和大型企业。
在会议开幕式上,中方主席、中国机械工程学会材料分会主任委员、北京科技大学教授谢锡善博士和日方主席、三菱重工研发中心首席研究员猪狩敏秀博士发表了热情洋溢的讲话,回顾了双方交流与友好合作的历史,并互赠了礼品。会上共交流了35篇论文,中方论文17篇,日方论文18篇。双方论文所涉领域包括:超合金与复合材料性能;耐热钢微结构研究;形变与损伤分析;蠕变与疲劳。
研讨内容包括:材料高温变形与断裂、蠕变疲劳交互作用、高温材料的热应力与热疲劳、高温损伤分析与设计控制、高温材料与构件的缺陷评定与设计控制、高温构件与工厂的延寿、高温性能计算模拟、新材料测试标准等等,所研究的材料既有一般的高温合金,也有单晶超合金、电子材料、碳复合材料、结构陶瓷等高技术材料。
二、学术访问
中方代表团的代表于6月13日上午访问了日本国立材料科学研究所(National Institute for Materials
Science),参观了机械性能实验室(疲劳、蠕变等)和钢材轧制实验室。国立材料科学研究所是今年4月1日在著名的日本金属材料研究所和日本无机材料研究所的基础上合并组建的,下设先进材料实验室、纳米材料实验室和材料工程实验室等,员工总计约560人,属于政府全额拨款单位,全年经费198亿日圆(12亿人民币),其中各类研究经费达133亿日圆(人均达160余万人民币)。该研究所拥有700多套各类蠕变实验机,在材料高温强度研究方面作出过杰出的贡献,不定期免费向全世界发布蠕变试验数据,最长持久试验时间竟达28年之久。自1999年起发起了“21世纪高温材料研究计划”,试图采用计算材料设计、微观组织和变形分析等先进技术开发第四代的单晶超合金、晶界控制Si3N4陶瓷、高熔点超合金等。
13日下午参观了日立机械研究实验室(Mechanical Engineering Research Lab, Hitachi,
Ltd)。以“实现梦想、给人类以惊喜”为座右铭,该研究所着力开发与人类社会发展密切相关的高新技术,如气体透平高温部件的预防维修技术、家用电器废料循环再生技术、下一代“新干线”、计算机冷却技术、微加工技术、电子封装材料的寿命评价方法、医用康复/辅助器材等等。
6月14日访问了中央电力研究所(Central Research Institute of Electric Power Industry,Komae)。该所有员工约820余人,2000年总经费为339亿日圆,研究经费为203亿日圆(人均研究经费约合170余万人民币),经费主要由日本11个电力公司按产值的0.2%自动拨付。目前研究领域包括:原子能发电、火力发电、可再生能源、电力输送、超导与激光束技术、计算科学、通信与信息技术、生物技术等。该所的材料科学部有研究人员17人,主要研究电厂构件材料与结构完整性评定,包括火电厂、轻水堆、快中子堆等,在火电厂高温构件裂纹起裂寿命评估、气体透平叶片寿命评估、热障涂层开裂与剥离损伤评估方法等方面取得了良好的进展。
6月15日访问了新日铁君津制铁所。君津制铁所职工人数多时达7709人,随着自动化水平的提高,人数逐渐减少,现有员工为3372人,而粗钢产量则还维持在每年800万吨以上。为了保证材料的品质,公司除了装备有自动化高精度的检测设备外,还设立了功能强大的综合技术中心,该中心的座右铭为“
每个人都应该努力成为世界一流的研究者或工程师,不断挑战极限”。高温材料性能实验室与国立材料科学研究所有良好的合作,同时自身也有许多蠕变与疲劳试验机,积累了大量的长时蠕变试验数据。目前该所还积极地探索钢铁之外的许多新领域,如电子元件、电子材料、高分子、复合材料、通信等
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三、几点认识
(1)日方在高温强度研究领域有长期的积累,值得我们学习借鉴
本次会议中,日本国立材料科学研究所的代表介绍,继10万小时蠕变数据发布后,他们又发布了长时蠕变下材料金相的大全,新近将发表蠕变应变数据大全,显示了日方良好的基础以及锲而不舍的科学精神,同时由三菱重工主持的高温材料非弹性行为的联合研究、立命馆大学所做的高温双轴低周疲劳寿命研究、京都大学所做的第三代镍基单晶超合金的高温疲劳断裂等研究工作体现了日方在高温强度理论和试验研究方面具有较高的水平。我国代表的论文质量较往届有显著的进步,特别是在高技术材料的微结构研究方面和界面材料的蠕变断裂研究方面颇受关注。但是,应该承认,我国对高温材料强度的研究还是十分薄弱,在蠕变试验数据的积累、基础研究和工厂评价方法等方面均有明显的差距。
目前我国许多重大工程的建设急迫需要科学的高温设计方法,同时有大量的电厂、石油化工厂的高温部件进入老化阶段(>100000小时),需要寿命评估方法和技术来支持其长期可靠运行。为此,进一步开展国际交流与合作,利用日方已有的研究成果,借他山之石以攻玉,对提高我国高温材料的应用技术水平大有裨益。
(2)学会应在大科学工程的协作研究中起重要作用
鉴于高温强度研究对于高技术发展和国民经济建设的重要作用,日本高温强度委员会为了构建高温材料与结构方面的共同基础,组织了由许多研究机构共同参与的大科学项目研究,如高温本构方程的实验室基准试验、蠕变-疲劳交互作用的评价方法等,同时联合其他学会发起试验标准、工业标准的制定。本次会议上该委员会发表了由14个单位和个人署名的文章,介绍了镍基超合金涂层高温强度合作研究的结果。此外由20多个单位参与制订的高温低周疲劳试验标准的介绍,以及联合日本30多个学会制定的关于低周疲劳试验标准的介绍亦令人印象深刻。这种合作精神以及学会的协调能力是值得我国学会工作学习的。
(3)培养青年科学家
日本学术界向来比较论资排辈,但近年来,也开始重视青年科学家的培养。本次会议,日方的分会主席都由年轻学者担任,主要出于两个方面的考虑:一是充分锻炼年轻科学家参与国际交流的能力,二是培养他们与我方的感情,以使得中日双方学术交流活动能得以继续。总体上看,日方的青年学者十分认真,同时对中方的交流是积极和友好的。
(4)企业高度重视工业技术基础的研究
日本大多企业设有研究与开发中心或工程技术中心,与国内目前企业的研发中心有很大不同的是对工业技术的基础研究十分重视,并有充足的经费保障。从本次会议代表和论文作者的构成可见一斑:日方有6位来自企业的代表,占33%,中方仅有1位代表来自企业,占6%;日方作者62人,来自企业的作者有32人之多,占51%,中方作者51人,来自企业的仅3人,占6%。
(5)处处体现人文关怀的精神
日本城市建设高度体现人文关怀的精神,对残障者设有各种特殊标志与设施,甚至地铁站的扶手上都有盲文说明方向。同样地,日本的企业和研究机构也十分注重以人为本的精神,除了优美环境的建设,在各种介绍材料的封面上,均着力凸显人与自然的和谐,如日立公司机械研究实验室介绍材料即以一很大的“人”字为封面,中央电力研究所的介绍以蓝色的海洋为封面,年度报告则以水中的“鹤”为封面,而君津制铁所则在介绍中大力宣传其环境方针与理念。相较之下,我国许多大型企业往往还是“大跃进”模式,广告中多以展示大规模的厂景画面为主,这些细微的差别也说明了企业的品位与价值观。
(6)国家创新体系的构建必须高度重视对工业技术基础研究的投入
材料性能及寿命评估属于工业技术的基础研究内容,有了充分的材料数据和可靠的设计方法,一方面使原材料加工业具有领先地位,同时另一方面也使得以此为基础的发电、化工、石油和机械等装备制造业在全球市场中具有高度竞争力。为此日本政府高度重视与此相关的研究,除了建设和重组国立研究所,同时鼓励企业和民间建立研究机构。目前国立材料科学研究所作为独立行政法人主要由政府投入,中央电力研究所则由各电力公司联合进行投入,而各大制造企业的研发中心由企业自身投入。这些研究机构的投入有政策的保障,科研经费十分充裕,因此具备了高度的知识创新和技术创新的能力,也敢于声称做世界一流的科学家。
在研讨会期间,中日双方高温强度委员会举行了联席会议,决定于2004年在中国西安召开第五届中日双边高温材料强度研讨会,由西北工业大学承办,并在会议闭幕式上发布了消息,欢迎国际同行积极参与。
(材料分会)
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