近些年来，我国在材料领域的基础研究取得了非常大的进步。据不完全统计，我国在2019年的论文数就超越了美国，遥遥领先于其他国家。但是，论文数量仅仅是材料领域进步的冰山一角，解决重大工程的掐脖子问题并将其应用在大国重器上才是一个国家进步的根本体现。在国家最新的十四五规划中，科技部和工信部已经把解决“卡脖子”技术列入了重要研发项目之中。同时，清华大学，上海交大，西工大等全国985著名高校正式将“破五唯”体制列入规划。由此可见，以论文论英雄的时代即将结束，取而代之的则是代表作、成果转化以及科技产业经济化。其实，近些年来，我国在“国之大器”，“卡脖子”等技术问题上还是取得了不少突破，有些打破了国外垄断，有些则是首创，达到了国际先进或者领先水平。笔者今天给大家分享的正是这些花费科学家无数心血，但可歌可泣的技术以及背后的故事。
1、中国科学院金属研究所李依依院士，李殿中和孙明月等人在国际上率先制备无焊缝整体不锈钢大环
第四代核电具有许多优点，例如安全可靠，能源利用效率高且可持续性发展，许多国家，如美国、法国、日本等正在加快第四代核反应堆的建设。建造超大型核反应堆的需要相应地结
构材料，其中一个关键问题是用于制造反应堆部件的重型工程结构的实用性。支撑环是反应堆的关键重型结构部件，可支撑整个反应堆容器和内部的7000多吨重量。此外，它也是反应堆容器的边缘，在工作条件下会承受高压，高温以及其他飓风荷载，地震荷载和静荷载。因此，支撑环的安全性和稳定性对于核反应堆至关重要。由于支撑环的最大直径可达15.6 m，因此理论上将消耗200吨以上的不锈钢。但是按照目前的冶炼技术，要实现他的一体成型技术，做出不含成分偏析、缩松和缩孔等缺陷的大环材是不可能的。以前，最常用的方法是制造焊接类型的支撑环，但是由于多次纵向焊接，支撑环的安全性和稳定性将大打折扣。这会造成材料的寿命缩短，严重造成资源浪费，给四代核电的发展形成空前的挑战。中国科学院金属研究所李依依院士，李殿中和孙明月研究员等人独辟蹊径，在全球率先发明金属构筑成形技术。该技术以多块小尺寸均质化板坯作为基元，通过表面活化、真空封装、高温形变等手段，使构筑界面与基体完全一致，进而获得大锻件所需均质化母材，实现“以小制大”的新型制造。实现了世界上最大的整体式无焊支撑环（φ=15.6 m、构筑成型。与必须通过较大的毛坯进行重型锻造的传统观念形成鲜明对比的是，该技术的核心思想是通过建造更小，更便宜的金属板来制造大型的高质量零件。在这个巨型环上，根本不存在所谓的焊缝，整体性能得到了显著提升，已经成功的运用于我国的第四代核电站反应堆制造，取得了显著的经济效 益。得到了多位院士专家及企业的认可，并被评价为大构件制造领域的一项变革性技术。该技术具有低成本、高品质、质量稳定及绿环保等优势，成为当前大环件制造的一种重要新兴技术。然而，虽然金属构筑技术能够制造高品质大型锻件钢坯，但由于该技术需要采用真空电子束封焊，对于一些难焊、不可焊金属，采用构筑技术则不能实现。该技术入选“共和国成就发展巡礼”，在央视多次播出。未来，这项技术有望解决舰船、核电、航天等战略性装备核心部件制造的难题，使我国工业发展实现质的飞跃。
铸坯表面进行清理、整齐堆放，然后用电子束焊机进行真空封装。然后对整个包体进行热压粘合，界面完全愈合后成型为初始坯料形状进行二次热压粘合。接下来，两个初始的钢坯再被电子束焊机真空包装，然后热压结合成环轧制所需的大钢坯。随后进行冲孔、拉削、轧制，最终得到一个完整的支撑环[1]。
2、金属所杨锐教授突破TiAl航空发动机叶片一体成型技术
航空发动机是飞机的心脏，而涡轮叶片又是发动机的心脏。这款心脏的动力往往取决于制备它的材料是否过关。目前，航空发动机的压气机和低压涡轮轮叶片采用的是镍基高温合金。这种合金在600-1000℃范围之类具有较高的强度和耐蚀性，但镍的密度大，质量重。众所周
知，减重是航空工业一直追求的目标。我国首款五代机歼20总师杨伟曾说过，减重飞机一克价值一两黄金。由此可见，减重在航空工业是多么的重要。相较而言，钛铝合金的密度仅为镍基高温合金的一半，而且在650-850℃的服役温度范围内，具有更优异的力学性能，让其替代镍基高温合金则会大幅度的实现发动机的减重，提高飞机能源利用率（约为30%、。因此，用钛铝合金做发动机叶片一直是国内外航空发动机生产商的追求。为了降低成本，还要求叶片一体成型。而钛的活性极强，只有氧化钇一种材料可以作为制作叶片的容器，可这种材料表面是粉末状的，会影响叶片精度，德国科学家甚至通过计算机模拟得出结论，这是不可能完成的任务。中国科学院金属研究所研究员杨锐带领多个学科的科学家，历经10年的时间，经过无数次失败之后，终于成功调制出一种粘结剂，解决了钛铝合金叶片的容器问题，成功了实现叶片一体浇筑成型，完成了这个不可能完成的任务。他们终于破解让氧化钇不再掉渣的难题，一体成型的钛铝合金叶片也随之诞生。虽然这只是一个开端，但让中国人有勇气展望未来属于自己的航空发动机。
3、西工大刘东团队强力旋轧技术（PTR、破解国内高端轴承钢难题
从汽车、高铁、飞机到仪器仪表、机械装备，你几乎能从所有旋转的机械中寻到一个共同
的核心部件——轴承。而制造轴承所需的材料——轴承钢，被誉为“钢中之王”。一直以来，高质量的轴承钢的生产技术被国外巨头卡脖子。很多国内企业无法从国内厂家寻求到符合高使用需求的轴承钢，不得不花高价进口，这使得他们叫苦连连。拥挤自主产权的核心技术，摆脱对国外的依赖，一直是人们的愿望。虽然我国很早就已经成为了“钢铁大国”，但是距离“钢铁强国”的梦想还有一段路要走。一直以来，我国所生产的轴承钢质量与国际先进水平有较大差距。以夹杂物为例，国外产品夹杂物尺寸完全小于等于10微米，而国内最大粒径达到50-52μm，大小相差五倍之多。轴承的工作环境严峻而复杂，不仅需要高速稳定的旋转，而且还要承受强力的挤压、摩擦，甚至超高温的历练。因而对轴承钢的质量和可靠性提出了更为严苛的要求。就在今年，西北工业大学材料学院刘东教授和其团队研发的强力旋轧技术（PTR、，打破国外巨头技术垄断，突破我国轴承钢“卡脖子”技术，成功了破解行业难题。如何生产高质量的轴承钢？一是内部足够纯净，夹杂物质越少越好；二是足够均匀，材料内的颗粒物尽量细小、弥散。“强力旋轧技术”利用曼内斯曼效应，在径向轧制的同时施加强力旋转，依靠连续局部压扭复合变形，实现轴承管材碳化物均匀细小弥散。就像在揉面的时候让面的3个方向都变形，而且变形数值非常大，这样就可以把面揉的又透又劲道。刘东教授和团队“十年磨一剑”，经过不断攻关测试，终于突破技术瓶颈，研究出3个世界首创，申请到
66项发明专利，强力旋轧技术就是其中一项。运用强力旋轧（PTR、技术，晶粒尺寸可由原来的50μm细化至10μm，碳化物尺寸仅为原先的1/10。首次将100年来，一直徘徊在600-700HV的GCr15轴承钢硬度提高至900HV以上，处于世界顶尖水平。除此以外，采用该技术后轴承寿命和可靠性得到大幅度提高，平均寿命达到计算寿命的26倍，可靠性达99.9%。更令人惊喜的是，本技术可以显著提高材料利用率，且生产流程可缩短2/3，真正在绿发展上见实效。通过这项技术改性后的轴承钢已在多个项目中得到运用，完全能够满足高端质量要求，将该技术运用到其他材料中，也取得了非常良好的效果，运用于钛合金和高温合金中属于世界首创。
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