基于技术路线图的仪表功能材料军民融合发展路径探索＊

2019-01-04唐瑞杨晓亮赵安中吴洋董明雷

科技与创新 2018年24期

唐瑞，杨晓亮，赵安中，吴洋，董明雷

唐瑞，杨晓亮，赵安中，吴洋，董明雷

（1.重庆材料研究院有限公司，重庆 400707；2.国家仪表功能材料工程技术研究中心，重庆 400707）

基于技术路线图和产业融合的基本原理和方法，开展了针对仪表功能材料高新技术领域军民融合发展的路径探索。通过对政策现状、市场需求、产业目标、技术壁垒和研发需求等进行分析，讨论了仪表功能材料军民融合发展的技术、产业和政策驱动路径，并结合实践提出了产业军民融合发展的建议。

仪表功能材料；产业技术路线图；军民融合；发展路径

1 前言

仪表功能材料是指对电、磁、光、声、热、力、化学和生物等参量具有能量和信息的获取、转换、传输、显示、储存和处理等作用的特殊材料及功能元器件，是先进传感器、智能仪器仪表和控制系统的关键材料及元件，对装备性能起着关键性和决定性的作用[1-3]。可以说，仪表功能材料是重大装备、武器装备等高端装备的基础和先导[4-5]，对我国制造业从机械化向信息化、智能化发展意义重大[6-7]。

因历史原因，我国仪表功能材料技术结构体系源自前苏联、英、法、美等多国技术，导致目前材料牌号复杂、技术规范繁多；国内工业体系建设时，又曾在电子、冶金、兵器、航空、航天、机械等多个军事和民用工业体系中设立了大量机构从事相关研究和生产，既有相互交叉的重复研究，也有体系冲突带来难以融合的情况；仪表功能材料涉及国防安全和国家利益，常被发达国家禁运，严重制约我国科技创新、经济社会建设和国防装备自主化发展。为此，我们更需要站在国家安全和发展战略全局的高度，深入统筹仪表功能材料在经济社会发展和国防建设中的需求，在更广范围、更高层次、更深程度上进行资源的配置和协调[8-11]。

基于此，本文依托重庆材料研究院有限公司作为全国仪表功能材料行业归口单位，以重庆国家仪表功能材料高新技术产业化基地和军品配套基地为产业基础，开展了仪表功能材料军民融合发展技术路线图的制定工作，为仪表功能材料行业的发展进行试点。

2 仪表功能材料军民融合发展技术路线简图

基于技术路线图的仪表功能材料军民融合发展路径如图1所示。

图1 基于技术路线图的仪表功能材料军民融合发展路径简图

因高端装备和军用元件器牵涉到国防安全和国家利益，长期被国外禁运，历来是我国重点投入的战略性产业。然而，仪表功能材料具有性能质量要求高、研发投入大、产品批次数量小、市场规模小的特征，是典型的资金技术密集型产业。面对国际先进技术与市场结构调整的双重冲击，如何找到合适自己的发展道路，是仪表功能材料行业当前面临的严峻挑战[12-14]；从政府层面来讲，如何根据国际形势和行业特点制订产业政策，搭建产业创新生态，正确引导产业的健康发展，也是当前面临的紧迫问题[15-17]。通过梳理，结合仪表功能材料领域的国内外现状、国内军民用市场需求分析、当前和下一代重点发展技术等关键问题，本文提出了仪表功能材料军民融合发展路径的简图，如图1所示。因仪表功能材料涉及细分领域过多，技术方向多有差别，且涉及技术保密等问题，简图只明确行业发展目标和部分技术发展路线，描述了各层间的推动和支撑关系，省略了相关细节。技术路线图中，研发和技术层居于产业的基础位置，比如第三代核反应堆堆芯测量系统、航天尾焰测温热电偶材料等技术，直接支撑着特种环境测温材料及元件技术和军民用产品市场地开发；政策层和市场层位于中高层，并通过“十三五”规划等国家政策及市场发展情况，引导产业发展和布局。

3 仪表功能材料发展的路径探讨

技术路线图中，政策、市场、技术等各层相互牵引和驱动，共同推动产业技术的进步。热电偶材料与测温技术的产业发展历程如图2所示。以测温技术及应用技术为例，纵观其发展历程，可基本归纳为3个主要时期：科学探索期（约19世纪）、技术与应用主导期（20世纪初期）、市场主导期。

图2 热电偶材料与测温技术的产业发展历程

在发展初期，科学探索与技术开发对产业发展起决定性作用。1821年塞贝克发现了金属的热电效应，1826年贝克雷尔开始应用金属的热电效应来测量温度，并做成了最简易的热电偶温度计[18]。科学家和工程师们不断探索如何提高热电偶测温精度和可靠性，尽量降低其因导热、对流和辐射传热引起的测温误差，并开始系统研究材料热电特性与化学组成、杂质元素、物理缺陷、表面状态的关系。19世纪，铂铑10-铂（1886年Le Chatelier）、铁-康铜（1892年Lindeck）、镍铬-镍铝（1905年Hoskins公司）和铜-康铜等几种优秀的热电偶，先后被研制成功，重要的技术突破对产业技术进步起到了极大的促进作用[19]。

至20世纪初期，科研与工业生产中已普遍采用热电高温计。随着技术应用推广，人们对热电偶统一分度和允差标准提出了要求，铂铑10-铂（1910年，Sosman）、铁-康铜（1913年，Leeds & Northrup公司）、铜-康铜（1914年，Adams）等热电偶统一分度表先后被编制完成，标准化对仪表材料严格的质量要求，又促进了材料研究的发展，引起了研究方法的变化[20-21]。热电偶的规模制造与工业应用时期，标准化与技术支撑仍占产业发展的主导地位，但市场的需求作用越发明显。

二战以来，在国际军备竞赛的大环境影响下，重工业和尖端科技在国防军事的需求刺激下迅速发展，直接牵引高精度、高稳定性、高质量热电偶材料和测温技术的发展。钢铁工业的发展，对钢水测温热偶丝的沾污、劣化变质、高温脆性和不均匀性等提出了需求，法拉第学会（1917年）、美国矿冶工程师学会（1920年）、英国钢铁协会（专门成立了熔钢温度委员会）、德国（1927年）、日本（1937年）先后介入，推动了W-Mo、W-石墨、碳化硅-石墨等难熔金属和非金属热电偶、绝缘材料和保护管材料的研究；航空发动机和火箭的高温高速气流测温，推动了大气中极高温度下测温用的铱铑系热电偶材料的发展（比如1933年的Feussner）；液化气体工业、低温工程和超导技术的发展推动了深低温稀磁性合金热电偶材料的发展（比如1932年的Borelius）。而推动现代热电偶材料向前发展的新动力是核场堆芯测温，它直接推动新型铠装热电偶材料的发展（比如1957年的荷兰菲利浦公司）[20]。此外，钨铼系超高温热电偶、铂钼、铌钼都是反应堆测温用的新产品，金铁、铜铁、钯铬钌是新型深低温热电偶材料的典型。

现代航天技术对热电偶高温分度及检测技术、核场等极端环境对测温材料及元件的需求，仍是我国“十三五”时期，本领域核心技术及产品开发重点方向。可见，技术、市场和政策协同牵引，是产业蓬勃发展的强大驱动。

4 仪表功能材料军民融合发展的实施路径

重庆材料研究院有限公司（原机械工业部重庆仪表材料研究所）是我国仪表功能材料共性基础技术研究、应用技术研究及产业化开发的综合性研发和技术归口机构，长期从事军民用特种功能材料领域的技术开展和产业化工作，成果广泛应用于高端装备、电子信息、能源石化、航空航天等领域，完成了一系列国家重点工程、重大设备和军工配套任务，为国民经济的发展和国防军工技术进步作出了卓越贡献。本文以重庆材料研究院有限公司推进仪表功能材料军民产业技术发展为例，研讨转制型科研院所军民融合发展的实施路径。

4.1 军民两用技术融合发展的驱动作用

以测温材料及应用技术为例，核反应堆堆心测量系统[22-24]、航天器尾焰及飞机喷口温度测量系统等辐照和极高温环境下的温度测量材料及元件研究，是为解决军用高尖端需求而提出的；在民用领域，核电能源战略、大飞机计划等国家重大装备制造技术发展对此也有迫切需求，可靠性高、耐辐照廉金属铠装热电偶和铂电阻、高性能难熔金属WRe20热电偶、贵金属PtRh40/PtRh20、IrRh40/Ir热电偶、非标报警热电偶丝等技术是支持配套高端武器装备的必需元件，也是支持工业温度测量、控制核心技术、具备军民一体发展的条件。瞄准国家战略和国防军工建设需求，依托国家级项目、军工配套项目、集团和地方科研项目等政府资金，在开发过程中应找准军民两用性技术的交叉结合点，在满足军工对先进成熟技术的创新和产品研制能力外，以相关技术为依托，面向民用产品的广阔市场，进行规模经济开发[25-26]。利用高新技术的牵引和市场经济的支持，更能促进对测温材料、传感器元件等技术的军民两用开发。

4.2 现代化企业制度的保障作用

重庆材料研究院有限公司为原机械工业部直属一类科研事业单位，1999年转制为科技型现代企业，并随即进行了一系列的现代化企业制度改革。重庆材料研究院有限公司（简称“重材院”）组织结构如图3所示。重材院将原机关处室改组为管理服务部门，将原各研究室及中试车间重组为专业事业部，并设立了行业中心、产业技术研究院及功能材料研究所作为单位创新发展的信息与技术支持；建立并持续保持了ISO9001质量管理体系和GJB9001军工质量体系，设立了7个领域19个方向的专业创新团队，出台了一系列管理制度，形成了保障仪表功能材料军民融合快速发展的制度保障和组织基础。管理服务与科技、产业及行业三大板块协同发展，共同保障了我院军民技术的快速发展。

4.3 军民协同创新平台的促进作用

创新平台能更好发挥集聚要素资源、促进成果转化的重要作用，为军民融合发展提供有力支撑[27]。科技创新平台群建设如图4所示。经过50余年积累，重材院在仪表功能材料领域建设了一大批科技创新平台，通过融合形成了技术研发、人才引进与培养、行业科技服务和产学研用协同4大类创新平台群。平台群统筹军民融合创新的技术供给、人才团队培养、资金资本支持、创新生态等要素，汇集行业和地区的创新资源，能够在仪表功能材料领域重点方向形成合力、积极跟踪、迅速瞄准、重点突破。近年来，先后承担和实施了一大批国家级项目和军工配套、进口替代任务，军民两用技术融合发展取得显著成效。

图3 重庆材料研究院有限公司组织结构图

5 结论

本文基于制定的仪表功能材料军民融合发展技术路线简图，以测温材料及应用技术为例，探讨了其发展的技术、市场和政策驱动路径，并结合单位转制型科研院所/高新技术企业及仪表功能材料本身的技术特征，评述了军民两用技术融合发展的驱动作用、现代化企业制度的保障作用和军民协同创新平台的促进作用。

主要结论如下：①仪表功能材料作为新材料、仪器仪表和高端装备的交叉范畴，是高端装备及国防军工进步发展的先导和支撑，具备军民融合发展的基础和市场。②纵观仪表功能材料的发展历程，可基本归纳为科学探索、技术与应用主导和市场主导3个主要时期，技术、市场和政策相互牵引支撑，是产业蓬勃发展的强大驱动力。③企业是技术创新和成果转化的主体。建立现代化的企业技术创新体系，是仪表功能材料军民融合发展的保障。④军民融合的科技创新平台统筹技术供给、资金资本支持和创新生态等要素，汇集行业和地区的创新资源，可以促进形成合力，并在仪表功能材料领域积极跟踪、迅速瞄准、重点突破。