基于技術(shù)路線圖的儀表功能材料軍民融合發(fā)展路徑探索＊

唐瑞，楊曉亮，趙安中，吳洋，董明雷

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基于技術(shù)路線圖的儀表功能材料軍民融合發(fā)展路徑探索＊

唐瑞，楊曉亮，趙安中，吳洋，董明雷

（1.重慶材料研究院有限公司，重慶 400707；2.國家儀表功能材料工程技術(shù)研究中心，重慶 400707）

基于技術(shù)路線圖和產(chǎn)業(yè)融合的基本原理和方法，開展了針對儀表功能材料高新技術(shù)領(lǐng)域軍民融合發(fā)展的路徑探索。通過對政策現(xiàn)狀、市場需求、產(chǎn)業(yè)目標(biāo)、技術(shù)壁壘和研發(fā)需求等進行分析，討論了儀表功能材料軍民融合發(fā)展的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和政策驅(qū)動路徑，并結(jié)合實踐提出了產(chǎn)業(yè)軍民融合發(fā)展的建議。

儀表功能材料；產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖；軍民融合；發(fā)展路徑

1 前言

儀表功能材料是指對電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)和生物等參量具有能量和信息的獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸、顯示、儲存和處理等作用的特殊材料及功能元器件，是先進傳感器、智能儀器儀表和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵材料及元件，對裝備性能起著關(guān)鍵性和決定性的作用[1-3]。可以說，儀表功能材料是重大裝備、武器裝備等高端裝備的基礎(chǔ)和先導(dǎo)[4-5]，對我國制造業(yè)從機械化向信息化、智能化發(fā)展意義重大[6-7]。

因歷史原因，我國儀表功能材料技術(shù)結(jié)構(gòu)體系源自前蘇聯(lián)、英、法、美等多國技術(shù)，導(dǎo)致目前材料牌號復(fù)雜、技術(shù)規(guī)范繁多；國內(nèi)工業(yè)體系建設(shè)時，又曾在電子、冶金、兵器、航空、航天、機械等多個軍事和民用工業(yè)體系中設(shè)立了大量機構(gòu)從事相關(guān)研究和生產(chǎn)，既有相互交叉的重復(fù)研究，也有體系沖突帶來難以融合的情況；儀表功能材料涉及國防安全和國家利益，常被發(fā)達國家禁運，嚴(yán)重制約我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟社會建設(shè)和國防裝備自主化發(fā)展。為此，我們更需要站在國家安全和發(fā)展戰(zhàn)略全局的高度，深入統(tǒng)籌儀表功能材料在經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)中的需求，在更廣范圍、更高層次、更深程度上進行資源的配置和協(xié)調(diào)[8-11]。

基于此，本文依托重慶材料研究院有限公司作為全國儀表功能材料行業(yè)歸口單位，以重慶國家儀表功能材料高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地和軍品配套基地為產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，開展了儀表功能材料軍民融合發(fā)展技術(shù)路線圖的制定工作，為儀表功能材料行業(yè)的發(fā)展進行試點。

2 儀表功能材料軍民融合發(fā)展技術(shù)路線簡圖

基于技術(shù)路線圖的儀表功能材料軍民融合發(fā)展路徑如圖1所示。

圖1 基于技術(shù)路線圖的儀表功能材料軍民融合發(fā)展路徑簡圖

因高端裝備和軍用元件器牽涉到國防安全和國家利益，長期被國外禁運，歷來是我國重點投入的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。然而，儀表功能材料具有性能質(zhì)量要求高、研發(fā)投入大、產(chǎn)品批次數(shù)量小、市場規(guī)模小的特征，是典型的資金技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。面對國際先進技術(shù)與市場結(jié)構(gòu)調(diào)整的雙重沖擊，如何找到合適自己的發(fā)展道路，是儀表功能材料行業(yè)當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[12-14]；從政府層面來講，如何根據(jù)國際形勢和行業(yè)特點制訂產(chǎn)業(yè)政策，搭建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，正確引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，也是當(dāng)前面臨的緊迫問題[15-17]。通過梳理，結(jié)合儀表功能材料領(lǐng)域的國內(nèi)外現(xiàn)狀、國內(nèi)軍民用市場需求分析、當(dāng)前和下一代重點發(fā)展技術(shù)等關(guān)鍵問題，本文提出了儀表功能材料軍民融合發(fā)展路徑的簡圖，如圖1所示。因儀表功能材料涉及細(xì)分領(lǐng)域過多，技術(shù)方向多有差別，且涉及技術(shù)保密等問題，簡圖只明確行業(yè)發(fā)展目標(biāo)和部分技術(shù)發(fā)展路線，描述了各層間的推動和支撐關(guān)系，省略了相關(guān)細(xì)節(jié)。技術(shù)路線圖中，研發(fā)和技術(shù)層居于產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)位置，比如第三代核反應(yīng)堆堆芯測量系統(tǒng)、航天尾焰測溫?zé)犭娕疾牧系燃夹g(shù)，直接支撐著特種環(huán)境測溫材料及元件技術(shù)和軍民用產(chǎn)品市場地開發(fā)；政策層和市場層位于中高層，并通過“十三五”規(guī)劃等國家政策及市場發(fā)展情況，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和布局。

3 儀表功能材料發(fā)展的路徑探討

技術(shù)路線圖中，政策、市場、技術(shù)等各層相互牽引和驅(qū)動，共同推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進步。熱電偶材料與測溫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程如圖2所示。以測溫技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)為例，縱觀其發(fā)展歷程，可基本歸納為3個主要時期：科學(xué)探索期（約19世紀(jì)）、技術(shù)與應(yīng)用主導(dǎo)期（20世紀(jì)初期）、市場主導(dǎo)期。

圖2 熱電偶材料與測溫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

在發(fā)展初期，科學(xué)探索與技術(shù)開發(fā)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展起決定性作用。1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)了金屬的熱電效應(yīng)，1826年貝克雷爾開始應(yīng)用金屬的熱電效應(yīng)來測量溫度，并做成了最簡易的熱電偶溫度計[18]?？茖W(xué)家和工程師們不斷探索如何提高熱電偶測溫精度和可靠性，盡量降低其因?qū)?、對流和輻射傳熱引起的測溫誤差，并開始系統(tǒng)研究材料熱電特性與化學(xué)組成、雜質(zhì)元素、物理缺陷、表面狀態(tài)的關(guān)系。19世紀(jì)，鉑銠10-鉑（1886年Le Chatelier）、鐵-康銅（1892年Lindeck）、鎳鉻-鎳鋁（1905年Hoskins公司）和銅-康銅等幾種優(yōu)秀的熱電偶，先后被研制成功，重要的技術(shù)突破對產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步起到了極大的促進作用[19]。

至20世紀(jì)初期，科研與工業(yè)生產(chǎn)中已普遍采用熱電高溫計。隨著技術(shù)應(yīng)用推廣，人們對熱電偶統(tǒng)一分度和允差標(biāo)準(zhǔn)提出了要求，鉑銠10-鉑（1910年，Sosman）、鐵-康銅（1913年，Leeds & Northrup公司）、銅-康銅（1914年，Adams）等熱電偶統(tǒng)一分度表先后被編制完成，標(biāo)準(zhǔn)化對儀表材料嚴(yán)格的質(zhì)量要求，又促進了材料研究的發(fā)展，引起了研究方法的變化[20-21]。熱電偶的規(guī)模制造與工業(yè)應(yīng)用時期，標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)支撐仍占產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)地位，但市場的需求作用越發(fā)明顯。

二戰(zhàn)以來，在國際軍備競賽的大環(huán)境影響下，重工業(yè)和尖端科技在國防軍事的需求刺激下迅速發(fā)展，直接牽引高精度、高穩(wěn)定性、高質(zhì)量熱電偶材料和測溫技術(shù)的發(fā)展。鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，對鋼水測溫?zé)崤冀z的沾污、劣化變質(zhì)、高溫脆性和不均勻性等提出了需求，法拉第學(xué)會（1917年）、美國礦冶工程師學(xué)會（1920年）、英國鋼鐵協(xié)會（專門成立了熔鋼溫度委員會）、德國（1927年）、日本（1937年）先后介入，推動了W-Mo、W-石墨、碳化硅-石墨等難熔金屬和非金屬熱電偶、絕緣材料和保護管材料的研究；航空發(fā)動機和火箭的高溫高速氣流測溫，推動了大氣中極高溫度下測溫用的銥銠系熱電偶材料的發(fā)展（比如1933年的Feussner）；液化氣體工業(yè)、低溫工程和超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展推動了深低溫稀磁性合金熱電偶材料的發(fā)展（比如1932年的Borelius）。而推動現(xiàn)代熱電偶材料向前發(fā)展的新動力是核場堆芯測溫，它直接推動新型鎧裝熱電偶材料的發(fā)展（比如1957年的荷蘭菲利浦公司）[20]。此外，鎢錸系超高溫?zé)犭娕?、鉑鉬、鈮鉬都是反應(yīng)堆測溫用的新產(chǎn)品，金鐵、銅鐵、鈀鉻釕是新型深低溫?zé)犭娕疾牧系牡湫汀?/p>

現(xiàn)代航天技術(shù)對熱電偶高溫分度及檢測技術(shù)、核場等極端環(huán)境對測溫材料及元件的需求，仍是我國“十三五”時期，本領(lǐng)域核心技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)重點方向?？梢姡夹g(shù)、市場和政策協(xié)同牽引，是產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的強大驅(qū)動。

4 儀表功能材料軍民融合發(fā)展的實施路徑

重慶材料研究院有限公司（原機械工業(yè)部重慶儀表材料研究所）是我國儀表功能材料共性基礎(chǔ)技術(shù)研究、應(yīng)用技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的綜合性研發(fā)和技術(shù)歸口機構(gòu)，長期從事軍民用特種功能材料領(lǐng)域的技術(shù)開展和產(chǎn)業(yè)化工作，成果廣泛應(yīng)用于高端裝備、電子信息、能源石化、航空航天等領(lǐng)域，完成了一系列國家重點工程、重大設(shè)備和軍工配套任務(wù)，為國民經(jīng)濟的發(fā)展和國防軍工技術(shù)進步作出了卓越貢獻。本文以重慶材料研究院有限公司推進儀表功能材料軍民產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展為例，研討轉(zhuǎn)制型科研院所軍民融合發(fā)展的實施路徑。

4.1 軍民兩用技術(shù)融合發(fā)展的驅(qū)動作用

以測溫材料及應(yīng)用技術(shù)為例，核反應(yīng)堆堆心測量系統(tǒng)[22-24]、航天器尾焰及飛機噴口溫度測量系統(tǒng)等輻照和極高溫環(huán)境下的溫度測量材料及元件研究，是為解決軍用高尖端需求而提出的；在民用領(lǐng)域，核電能源戰(zhàn)略、大飛機計劃等國家重大裝備制造技術(shù)發(fā)展對此也有迫切需求，可靠性高、耐輻照廉金屬鎧裝熱電偶和鉑電阻、高性能難熔金屬WRe20熱電偶、貴金屬PtRh40/PtRh20、IrRh40/Ir熱電偶、非標(biāo)報警熱電偶絲等技術(shù)是支持配套高端武器裝備的必需元件，也是支持工業(yè)溫度測量、控制核心技術(shù)、具備軍民一體發(fā)展的條件。瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略和國防軍工建設(shè)需求，依托國家級項目、軍工配套項目、集團和地方科研項目等政府資金，在開發(fā)過程中應(yīng)找準(zhǔn)軍民兩用性技術(shù)的交叉結(jié)合點，在滿足軍工對先進成熟技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)品研制能力外，以相關(guān)技術(shù)為依托，面向民用產(chǎn)品的廣闊市場，進行規(guī)模經(jīng)濟開發(fā)[25-26]。利用高新技術(shù)的牽引和市場經(jīng)濟的支持，更能促進對測溫材料、傳感器元件等技術(shù)的軍民兩用開發(fā)。

4.2 現(xiàn)代化企業(yè)制度的保障作用

重慶材料研究院有限公司為原機械工業(yè)部直屬一類科研事業(yè)單位，1999年轉(zhuǎn)制為科技型現(xiàn)代企業(yè)，并隨即進行了一系列的現(xiàn)代化企業(yè)制度改革。重慶材料研究院有限公司（簡稱“重材院”）組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。重材院將原機關(guān)處室改組為管理服務(wù)部門，將原各研究室及中試車間重組為專業(yè)事業(yè)部，并設(shè)立了行業(yè)中心、產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院及功能材料研究所作為單位創(chuàng)新發(fā)展的信息與技術(shù)支持；建立并持續(xù)保持了ISO9001質(zhì)量管理體系和GJB9001軍工質(zhì)量體系，設(shè)立了7個領(lǐng)域19個方向的專業(yè)創(chuàng)新團隊，出臺了一系列管理制度，形成了保障儀表功能材料軍民融合快速發(fā)展的制度保障和組織基礎(chǔ)。管理服務(wù)與科技、產(chǎn)業(yè)及行業(yè)三大板塊協(xié)同發(fā)展，共同保障了我院軍民技術(shù)的快速發(fā)展。

4.3 軍民協(xié)同創(chuàng)新平臺的促進作用

創(chuàng)新平臺能更好發(fā)揮集聚要素資源、促進成果轉(zhuǎn)化的重要作用，為軍民融合發(fā)展提供有力支撐[27]?？萍紕?chuàng)新平臺群建設(shè)如圖4所示。經(jīng)過50余年積累，重材院在儀表功能材料領(lǐng)域建設(shè)了一大批科技創(chuàng)新平臺，通過融合形成了技術(shù)研發(fā)、人才引進與培養(yǎng)、行業(yè)科技服務(wù)和產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同4大類創(chuàng)新平臺群。平臺群統(tǒng)籌軍民融合創(chuàng)新的技術(shù)供給、人才團隊培養(yǎng)、資金資本支持、創(chuàng)新生態(tài)等要素，匯集行業(yè)和地區(qū)的創(chuàng)新資源，能夠在儀表功能材料領(lǐng)域重點方向形成合力、積極跟蹤、迅速瞄準(zhǔn)、重點突破。近年來，先后承擔(dān)和實施了一大批國家級項目和軍工配套、進口替代任務(wù)，軍民兩用技術(shù)融合發(fā)展取得顯著成效。

圖3 重慶材料研究院有限公司組織結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)論

本文基于制定的儀表功能材料軍民融合發(fā)展技術(shù)路線簡圖，以測溫材料及應(yīng)用技術(shù)為例，探討了其發(fā)展的技術(shù)、市場和政策驅(qū)動路徑，并結(jié)合單位轉(zhuǎn)制型科研院所/高新技術(shù)企業(yè)及儀表功能材料本身的技術(shù)特征，評述了軍民兩用技術(shù)融合發(fā)展的驅(qū)動作用、現(xiàn)代化企業(yè)制度的保障作用和軍民協(xié)同創(chuàng)新平臺的促進作用。

主要結(jié)論如下：①儀表功能材料作為新材料、儀器儀表和高端裝備的交叉范疇，是高端裝備及國防軍工進步發(fā)展的先導(dǎo)和支撐，具備軍民融合發(fā)展的基礎(chǔ)和市場。②縱觀儀表功能材料的發(fā)展歷程，可基本歸納為科學(xué)探索、技術(shù)與應(yīng)用主導(dǎo)和市場主導(dǎo)3個主要時期，技術(shù)、市場和政策相互牽引支撐，是產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的強大驅(qū)動力。③企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化的主體。建立現(xiàn)代化的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系，是儀表功能材料軍民融合發(fā)展的保障。④軍民融合的科技創(chuàng)新平臺統(tǒng)籌技術(shù)供給、資金資本支持和創(chuàng)新生態(tài)等要素，匯集行業(yè)和地區(qū)的創(chuàng)新資源，可以促進形成合力，并在儀表功能材料領(lǐng)域積極跟蹤、迅速瞄準(zhǔn)、重點突破。

圖4 科技創(chuàng)新平臺群建設(shè)

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＊本文受到2017年度重慶市技術(shù)預(yù)見與制度創(chuàng)新專項重點項目（編號：cstc2017jsyj-jsyjBX0004）和2018年度重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會調(diào)研課題（編號：2018KXKT07）資助

2095－6835（2018）24－0013－04

TH704

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.013

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕