基于技術路線圖的儀表功能材料軍民融合發展路徑探索＊

唐瑞，楊曉亮，趙安中，吳洋，董明雷

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基于技術路線圖的儀表功能材料軍民融合發展路徑探索＊

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研究中心，重慶 400707）

基于技術路線圖和產業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領域軍民融合發展的路徑探索。通過對政策現狀、市場需求、產業目標、技術壁壘和研發需求等進行分析，討論了儀表功能材料軍民融合發展的技術、產業和政策驅動路徑，并結合實踐提出了產業軍民融合發展的建議。

儀表功能材料；產業技術路線圖；軍民融合；發展路徑

1 前言

儀表功能材料是指對電、磁、光、聲、熱、力、化學和生物等參量具有能量和信息的獲取、轉換、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的關鍵材料及元件，對裝備性能起著關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和先導[4-5]，對我國制造業從機械化向信息化、智能化發展意義重大[6-7]。

因歷史原因，我國儀表功能材料技術結構體系源自前蘇聯、英、法、美等多國技術，導致目前材料牌號復雜、技術規范繁多；國內工業體系建設時，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體系中設立了大量機構從事相關研究和生產，既有相互交叉的重復研究，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，常被發達國家禁運，嚴重制約我國科技創新、經濟社會建設和國防裝備自主化發展。為此，我們更需要站在國家安全和發展戰略全局的高度，深入統籌儀表功能材料在經濟社會發展和國防建設中的需求，在更廣范圍、更高層次、更深程度上進行資源的配置和協調[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歸口單位，以重慶國家儀表功能材料高新技術產業化基地和軍品配套基地為產業基礎，開展了儀表功能材料軍民融合發展技術路線圖的制定工作，為儀表功能材料行業的發展進行試點。

2 儀表功能材料軍民融合發展技術路線簡圖

基于技術路線圖的儀表功能材料軍民融合發展路徑如圖1所示。

圖1 基于技術路線圖的儀表功能材料軍民融合發展路徑簡圖

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略性產業。然而，儀表功能材料具有性能質量要求高、研發投入大、產品批次數量小、市場規模小的特征，是典型的資金技術密集型產業。面對國際先進技術與市場結構調整的雙重沖擊，如何找到合適自己的發展道路，是儀表功能材料行業當前面臨的嚴峻挑戰[12-14]；從政府層面來講，如何根據國際形勢和行業特點制訂產業政策，搭建產業創新生態，正確引導產業的健康發展，也是當前面臨的緊迫問題[15-17]。通過梳理，結合儀表功能材料領域的國內外現狀、國內軍民用市場需求分析、當前和下一代重點發展技術等關鍵問題，本文提出了儀表功能材料軍民融合發展路徑的簡圖，如圖1所示。因儀表功能材料涉及細分領域過多，技術方向多有差別，且涉及技術保密等問題，簡圖只明確行業發展目標和部分技術發展路線，描述了各層間的推動和支撐關系，省略了相關細節。技術路線圖中，研發和技術層居于產業的基礎位置，比如第三代核反應堆堆芯測量系統、航天尾焰測溫熱電偶材料等技術，直接支撐著特種環境測溫材料及元件技術和軍民用產品市場地開發；政策層和市場層位于中高層，并通過“十三五”規劃等國家政策及市場發展情況，引導產業發展和布局。

3 儀表功能材料發展的路徑探討

技術路線圖中，政策、市場、技術等各層相互牽引和驅動，共同推動產業技術的進步。熱電偶材料與測溫技術的產業發展歷程如圖2所示。以測溫技術及應用技術為例，縱觀其發展歷程，可基本歸納為3個主要時期：科學探索期（約19世紀）、技術與應用主導期（20世紀初期）、市場主導期。

圖2 熱電偶材料與測溫技術的產業發展歷程

在發展初期，科學探索與技術開發對產業發展起決定性作用。1821年塞貝克發現了金屬的熱電效應，1826年貝克雷爾開始應用金屬的熱電效應來測量溫度，并做成了最簡易的熱電偶溫度計[18]。科學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，盡量降低其因導熱、對流和輻射傳熱引起的測溫誤差，并開始系統研究材料熱電特性與化學組成、雜質元素、物理缺陷、表面狀態的關系。19世紀，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-康銅等幾種優秀的熱電偶，先后被研制成功，重要的技術突破對產業技術進步起到了極大的促進作用[19]。

至20世紀初期，科研與工業生產中已普遍采用熱電高溫計。隨著技術應用推廣，人們對熱電偶統一分度和允差標準提出了要求，鉑銠10-鉑（1910年，Sosman）、鐵-康銅（1913年，Leeds & Northrup公司）、銅-康銅（1914年，Adams）等熱電偶統一分度表先后被編制完成，標準化對儀表材料嚴格的質量要求，又促進了材料研究的發展，引起了研究方法的變化[20-21]。熱電偶的規模制造與工業應用時期，標準化與技術支撐仍占產業發展的主導地位，但市場的需求作用越發明顯。

二戰以來，在國際軍備競賽的大環境影響下，重工業和尖端科技在國防軍事的需求刺激下迅速發展，直接牽引高精度、高穩定性、高質量熱電偶材料和測溫技術的發展。鋼鐵工業的發展，對鋼水測溫熱偶絲的沾污、劣化變質、高溫脆性和不均勻性等提出了需求，法拉第學會（1917年）、美國礦冶工程師學會（1920年）、英國鋼鐵協會（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展（比如1933年的Feussner）；液化氣體工業、低溫工程和超導技術的發展推動了深低溫稀磁性合金熱電偶材料的發展（比如1932年的Borelius）。而推動現代熱電偶材料向前發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展（比如1957年的荷蘭菲利浦公司）[20]。此外，鎢錸系超高溫熱電偶、鉑鉬、鈮鉬都是反應堆測溫用的新產品，金鐵、銅鐵、鈀鉻釕是新型深低溫熱電偶材料的典型。

現代航天技術對熱電偶高溫分度及檢測技術、核場等極端環境對測溫材料及元件的需求，仍是我國“十三五”時期，本領域核心技術及產品開發重點方向。可見，技術、市場和政策協同牽引，是產業蓬勃發展的強大驅動。

4 儀表功能材料軍民融合發展的實施路徑

重慶材料研究院有限公司（原機械工業部重慶儀表材料研究所）是我國儀表功能材料共性基礎技術研究、應用技術研究及產業化開發的綜合性研發和技術歸口機構，長期從事軍民用特種功能材料領域的技術開展和產業化工作，成果廣泛應用于高端裝備、電子信息、能源石化、航空航天等領域，完成了一系列國家重點工程、重大設備和軍工配套任務，為國民經濟的發展和國防軍工技術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業技術發展為例，研討轉制型科研院所軍民融合發展的實施路徑。

4.1 軍民兩用技術融合發展的驅動作用

以測溫材料及應用技術為例，核反應堆堆心測量系統[22-24]、航天器尾焰及飛機噴口溫度測量系統等輻照和極高溫環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；在民用領域，核電能源戰略、大飛機計劃等國家重大裝備制造技術發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、非標報警熱電偶絲等技術是支持配套高端武器裝備的必需元件，也是支持工業溫度測量、控制核心技術、具備軍民一體發展的條件。瞄準國家戰略和國防軍工建設需求，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，在開發過程中應找準軍民兩用性技術的交叉結合點，在滿足軍工對先進成熟技術的創新和產品研制能力外，以相關技術為依托，面向民用產品的廣闊市場，進行規模經濟開發[25-26]。利用高新技術的牽引和市場經濟的支持，更能促進對測溫材料、傳感器元件等技術的軍民兩用開發。

4.2 現代化企業制度的保障作用

重慶材料研究院有限公司為原機械工業部直屬一類科研事業單位，1999年轉制為科技型現代企業，并隨即進行了一系列的現代化企業制度改革。重慶材料研究院有限公司（簡稱“重材院”）組織結構如圖3所示。重材院將原機關處室改組為管理服務部門，將原各研究室及中試車間重組為專業事業部，并設立了行業中心、產業技術研究院及功能材料研究所作為單位創新發展的信息與技術支持；建立并持續保持了ISO9001質量管理體系和GJB9001軍工質量體系，設立了7個領域19個方向的專業創新團隊，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展的制度保障和組織基礎。管理服務與科技、產業及行業三大板塊協同發展，共同保障了我院軍民技術的快速發展。

4.3 軍民協同創新平臺的促進作用

創新平臺能更好發揮集聚要素資源、促進成果轉化的重要作用，為軍民融合發展提供有力支撐[27]。科技創新平臺群建設如圖4所示。經過50余年積累，重材院在儀表功能材料領域建設了一大批科技創新平臺，通過融合形成了技術研發、人才引進與培養、行業科技服務和產學研用協同4大類創新平臺群。平臺群統籌軍民融合創新的技術供給、人才團隊培養、資金資本支持、創新生態等要素，匯集行業和地區的創新資源，能夠在儀表功能材料領域重點方向形成合力、積極跟蹤、迅速瞄準、重點突破。近年來，先后承擔和實施了一大批國家級項目和軍工配套、進口替代任務，軍民兩用技術融合發展取得顯著成效。

圖3 重慶材料研究院有限公司組織結構圖

5 結論

本文基于制定的儀表功能材料軍民融合發展技術路線簡圖，以測溫材料及應用技術為例，探討了其發展的技術、市場和政策驅動路徑，并結合單位轉制型科研院所/高新技術企業及儀表功能材料本身的技術特征，評述了軍民兩用技術融合發展的驅動作用、現代化企業制度的保障作用和軍民協同創新平臺的促進作用。

主要結論如下：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展的先導和支撐，具備軍民融合發展的基礎和市場。②縱觀儀表功能材料的發展歷程，可基本歸納為科學探索、技術與應用主導和市場主導3個主要時期，技術、市場和政策相互牽引支撐，是產業蓬勃發展的強大驅動力。③企業是技術創新和成果轉化的主體。建立現代化的企業技術創新體系，是儀表功能材料軍民融合發展的保障。④軍民融合的科技創新平臺統籌技術供給、資金資本支持和創新生態等要素，匯集行業和地區的創新資源，可以促進形成合力，并在儀表功能材料領域積極跟蹤、迅速瞄準、重點突破。

圖4 科技創新平臺群建設

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＊本文受到2017年度重慶市技術預見與制度創新專項重點項目（編號：cstc2017jsyj-jsyjBX0004）和2018年度重慶市科學技術協會調研課題（編號：2018KXKT07）資助

2095－6835（2018）24－0013－04

TH704

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.013

〔編輯：嚴麗琴〕