基于材料基因组理念的钎焊材料开发与智能钎焊技术创新系统工程

近年来,依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法日渐成为制造业发展与技术进步的瓶颈。革新材料研发方法已成为国际新材料研发的趋势。材料基因组技术是材料科学技术的一次飞跃,是新材料研发的"加速器"。钎焊过程的复杂性和随机性使得钎焊材料的设计开发相比普通材料更加复杂、研发周期更长,"材料基因组计划"作为先进材料开发的崭新模式也应及时应用到钎焊材料性能优化及开发中,这对促进钎焊技术尤其是智能钎焊的长足发展具有重要意义。材料基因组技术包括高通量材料计算、高通量材料实验和材料数据库三个要素。大规模的高通量计算可提供大量而系统的数据,高通量实验方法可对这些数据进行快速验证,材料数据库的建立则可实现计算数据与实验数据的有效集成,使其相互补充的同时相互验证。三要素协同工作,可以使得材料研发过程中的理论与实验结合更加紧密,加快材料从研发、制造到应用的过程,降低新材料的开发成本。开发新型钎焊材料除考虑材料本身的性能外,还需要考虑钎焊材料与母材物理化学性能的匹配性以及连接过程中钎焊材料与母材之间的相互作用(扩散和新相形成)。钎焊材料与母材之间的相互作用非常复杂,除了受到连接工艺(连接温度、保温时间、压力、气氛等)的影响之外,还与钎料和母材的成分有直接关系。因此,相比于普通材料,钎焊材料的设计开发过程更加复杂,需要考虑的因素更多,新材料的研发周期更长,有必要尽快启动钎焊材料基因工程。开发高通量计算软件、高通量实验方法(高通量制备及表征)及数据集成系统是实施钎焊材料基因工程需解决的三个基础问题。目前焊接智能化的发展多集中在熔化焊领域,如弧焊、激光焊等,也取得了比较显著的成果。但是,钎焊全过程智能控制的发展相对缓慢,现有研究多集中在钎焊设备及钎焊过程控制方面。钎焊材料制备是智能钎焊的重要组成部分,钎焊材料基因工程的实施将促进钎焊技术的智能化进程。智能焊接尤其是智能钎焊的技术进步可大大简化和缩短新型钎料的试验验证过程,同时能够在过程中搜集到更多实时数据,丰富数据库,因而反过来又会对钎焊材料基因工程的发展起到显著的推动作用。本文论述了材料基因组技术的三要素及其国内外研究现状,分析了材料基因组技术应用于钎焊材料开发时需考虑的影响因素及需解决的关键共性基础问题,并且阐述了钎料材料基因工程与智能钎焊相互促进的发展关系。     

材料基因组技术在集成电路材料研究中的应用进展

传统材料科学的“试错式”研究方法日益成为限制现代材料工业发展与突破的瓶颈,而材料基因组技术作为材料科学研究的革新技术,可以加速新材料的研发和应用,缩减研究成本和周期,成为当下研究的热点。本文围绕材料基因组技术,介绍了高通量实验、高通量计算与材料数据库三大要素的主要内容和典型研究范例。重点梳理了材料基因组技术在集成电路领域的研究进展,指出了集成电路材料研发的复杂性和广阔的可优化空间,提出了要结合材料基因组技术加速集成电路材料的创新,促进未来集成电路材料领域的发展。     

探秘材料基因 感知融合中的万“相”更新——材料基因组论坛侧记

正自2011年美国率先启动材料基因组计划(Material Genome Initiative),中国、欧盟和日本等地区紧随其后,也开展了相关研究计划,力争在新一轮的材料革命性发展中抢占先机。材料基因组计划借用生物基因组的理念,以集成化的"多尺度计算-高通量实验-数据库技术"为核心,立足实现材料"发现-生产-应用"的新研发理念,从而达到新材料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的目标,最终支撑先进制造和高新技术的发展。我国于2016年设立了"材料基因工程关键技术与支撑平台"重点专项,在数据库、技术、人才方面已有一定积累。     

编者按

<正>材料基因组计划(MGI),以集成化的"多尺度计算-高通量实验-数据库技术"为核心,立足实现材料"发现-生产-应用"的新研发理念,从而达到新材料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的目的,最终支撑先进制造和高新技术的发展。我国材料基因组计划(也称为"材料基因工程")起步较早,并于2016年启动了"材料基因工程关键技术与支撑平台"重点专项,以确保我国在新一轮材料革命性发展中抢占先机,并支撑先进制造业发展。本刊邀请北京科技大学     

走进微观世界,探秘材料基因——材料基因组论坛侧记

正自美国于2011年率先启动材料基因组计划以来,中国、欧盟和日本等也开展了类似的研究计划,争取在新一轮材料革命性发展中抢占先机。材料基因组计划借用生物基因组的理念,以集成化的"多尺度计算-高通量实验-数据库技术"为核心,立足实现材料"发现-生产-应用"的新研发理念,从而达到新材料研发周期缩短一半、研发成本降低—半的目的,最终支撑先进制造和高新技术的发展。2017年11月10日,"2017新材料国际发展趋势高层     

近期材料界重大活动

为促进我国材料科学与工程的进步,中国工程院化工、冶金与材料工程学部于2001年9月17-21日,在西安市召开了新材料发展现状及21世纪发展趋势研讨会和学部第三届学术会议。 21世纪,在基础科学,特别是信息、生物、能源和环境科学与工程迅猛发展的强劲推动下,材料科学与技术将在更深的层次与水平上获得前所未有的进步,材料的潜在功能将得到更全面、更充分的发挥和利用。本次会议对新材料发展现状及21世纪发展趋势,材料科学的一些新的热点学科和研究前沿以及对策进行广泛的学术交流与讨论,同时为促进中西部材料科技发展献计献策。此次会议是我国材料领域一次高层次的盛会,将对我国新材料的发展产生积极影响。     

汽车用材料的开发与应用现状和展望

同电子工业和航空工业用材料一样,汽车工业用材料的发展极为迅速,新材料的研制和开发异常活跃,而且随着汽车向高功能化和个性化方向的发展,使用材料的成本和制备技术已成为当今的主攻方向。材料的开发具有重要的战略意义,它不仅有力地促进了汽车工业的发展和汽车结构的革新,而且加快了材料科学与工程的进展,增强了材料制造厂家与汽车生产厂家携手攻关的积极性和拓宽了新材料的应用领域及现有材料性能改进的途径。本文将重点介绍汽车工业用新材料的开发、应用现状和发展趋向。     

教育部金属电子信息材料工程研究中心

教育部金属电子信息材料工程研究中心,是2001年4月经教育部批准依托于北京科技大学,由教育部和北京市科委共建的技术创新和高新技术产业化基地。 教育部金属电子信息材料工程研究中心通过多元化的投资,以有限责任公司的形式,采用现代企业制度进行管理,具有独立法人资格,与注册成立的北京科大永兴电子信息材料技术有限公司为同一个实体。工程研究中心与公司的主要业务范围是:高技术新材料的研究开发与生产、材料制备与加工新技术新工艺开发、新材料制备与加工设备的制造、新型电子信息元器件的开发与制造、计算机控制系统集成、机电一体化技术开发及其产品的生产与销售等方面。公司注册地点在中关村科技园西三旗新材料产业化基地（国家级）。 北京科技大学材料科学与工程学科综合实力位     

功能材料

<正>《功能材料》1970年创刊,由国家仪表功能材料工程技术研究中心、重庆材料研究院主办,重庆功能材料期刊社出版。办刊宗旨:反映我国功能材料各领域中的最新科学技术成果,报道功能材料研究论文与综合论述,推动材料科技进步与推广应用,增进国内外材料科学与工程领域的学术交流,为发展国民经济高新技术产业和培养人才服务。主要报道:功能材料科学与工程各领域最新成果的原始论文和研究报告以及新材料、新技术的进展综合论述。     

高效非晶合金析氢反应催化剂研究获进展

非晶合金(又称金属玻璃)是一类新型的多组元合金材料,具有独特的无序原子结构。与原子处于平衡位置的晶体材料不同,亚稳态的非晶合金表现出许多优异的力学和物理化学特性,吸引了材料科学和凝聚态物理等多个领域的广泛关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心柳延辉、汪卫华团队近期在非晶合金领域引入材料基因工程理念,发展了独特的高通量实验方法,实现了非晶合金新材料的高效探索,成功研制出Ir-Ni-Ta高温非晶合金新材料体系。     

研发硬质合金的集成计算材料工程

用于研发硬质合金的集成计算材料工程是将微观(10~(-10)10~(-8)m)、细观(10~(-8)10~(-4)m)、介观(10~(-4)10~(-2)m)和宏观(10~(-2)10 m)等多尺度计算模拟和关键实验集成到硬质合金设计开发的全过程中,通过成分-工艺-结构-性能的集成化分析,把硬质合金的研发由传统经验式提升到科学设计,从而大大加快硬质合金材料的研发速度,降低研发成本.本文详细阐述了第一性原理计算、CALPHAD方法、相场模拟和有限元模拟等计算模拟方法及各种微结构表征和性能测定的实验方法,论述了其在硬质合金研发中所发挥的具体作用.基于集成计算材料工程,提出了从用户需要、设计制备和工业生产的3个层面研发硬质合金的具体框架.通过应用实例,展示了集成计算材料工程在新型硬质合金研发中的强大功能,为新型硬质合金的设计和开发提供了新模式.     

基于连续切片的三维重构技术在材料凝固组织研究中的应用

讨论了在材料科学与工程研究中进行三维重构的意义和必要性,介绍了基于连续切片的三维重构技术的理论、方法及在材料科学与工程中的研究和应用进展.指出基于切片的三维重构技术对材料凝固过程中微观结构定量分析、微观组织-性能的研究提供了有力支持,结合数值模拟技术可为材料凝固过程中复杂组织的形成机理及凝固理论的发展提供理论和精确的实验依据,从而对新材料的设计与开发产生重要作用.最后简要介绍了三维重构技术在定向凝固过程中多相组织分析的应用,并展望了三维重构技术的发展方向.     

中国材料研究学会

材料是现代文明的三大支柱之一，新材料被视为新技术革命的基础和先导。四个现代化的建设、能源、交通、信息、环保事业的进步以及人民生活水平的提高，无不与材料密切相关。材料科学与技术涉及的面十分广阔，是基础科学与工程科学的融合，也是材料科学与各种现代先进技术结合的产物。随着科学技术的进步，原来各类相对独立的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等，已经相互渗透、相互结合，形成了多学科交叉的当代材料科学与技术新体系。在这个学科发展综合集成的历史潮流中，多学科的材料研究和教学机构纷纷建立，随之综合性的材料研究学会（简称MRS）在诸多国家和地区应运而生。这是进一步推动材料科技进步的需要，     

中国材料研究学会

学会背景材料是现代文明的三大支柱之一，新材料被视为新技术革命的基础和先导。四个现代化的建设、能源、交通、信息、环保事业的进步以及人民生活水平的提高，无不与材料密切相关。材料科学与技术涉及的面十分广阔，是基础科学与工程科学的融合，也是材料科学与各种现代先进技术结合的产物。随着科学技术的进步，原来各类相对独立的材料，如金属、陶瓷、高分子材料等，已经相互渗透、相互结合，形成了多学科交叉的当代材料科学与技术新体系。在这个学科发展综合集成的历史潮流中，     

<材料导报>稿约

<材料导报>创刊于1987年,是综述性材料科技 刊物,中国科技论文统计源期刊,CNKI期刊全文数 据库收录期刊,由科学技术部高新技术发展及产业 化司、国防科工委质量与科技司指导,中国材料研究 学会、国家自然科学基金委员会工程与材料科学部、 中国科学院技术科学部、中国工程院化工冶金与材 料工程学部主办,两院院士师昌绪先生任主编. <材料导报>反映国家材料科技动态、宏观政策 和重点发展方向,及时报道国内外材料科学技术的 热点和动向,跟踪材料世界发展前沿和方向,展示国 家相关材料计划实施及研究开发新成果,促进高新 技术新材料的发展及产业化,为我国材料科技起引 导作用.     

航空结构材料发展综述

航空材料是航空技术装备发展的物质基础，是材料科学与工程应用的一个十分活跃、非常重要的领域。要加快我国航空工业的发展，航空新材料研制工作就必须要有强烈的超前意识，必须把握世界航空新材料发的脉搏，追踪国际上航空新材料的发展动向，本文简要综述了航空结构材料当前的进展与水平，并探讨今后的发展趋势。     

材料服役行为:新材料研发与工程结构安全长寿的关键——材料服役行为分论坛侧记

正材料服役行为是材料科学与工程的重要组成部分,许多新材料的研发失败,主要是由于难以满足最终的使役性能要求。澄清服役环境中材料的损伤机理、认识其损伤动力学过程、评价工程结构的安全性与服役寿命、发展延长寿命的措施(包括研发新材料、表面改性与防护涂层等)是该领域的重要任务。这些问题也是目前高铁、核电、航空、航天、油气、海洋、基础设施等多领域中碰到的难题。本论坛围     

功能材料

<正>21世纪知识经济科技创新的必备读物报道原始论文发表研究报告综述最新进展提供简报信息刊号:ISSN 1001-9731 CN 50-1099/TH《功能材料》1970年创刊,由国家仪表功能材料工程技术研究中心、重庆材料研究院主办,重庆功能材料期刊社出版。办刊宗旨:反映我国功能材料各领域中的最新科学技术成果,报道功能材料研究论文与综合论述,推动材料科技进步与推广应用,增进国内外材料科学与工程领域的学术交流,为发展国民经济高新技术产业和培养人才服务。主要报道:功能材料科学与工程各领域最新成果的原始论文和研究报告以及新材料、     

机器学习技术在材料科学领域中的应用进展

材料是国民经济的基础,新材料的发现是推动现代科学发展与技术革新的源动力之一,传统的实验"试错型"研究方法具有成本高、周期长和存在偶然性等特点,难以满足现代材料的研究需求.近些年,随着人工智能和数据驱动技术的飞速发展,机器学习作为其主要分支和重要工具,受到的关注日益增加,并在各学科领域展现出巨大的应用潜力.将机器学习技术与材料科学研究相结合,从大量实验与计算模拟产生的数据中挖掘信息,具有精度高、效率高等优势,给新材料的研发和材料基础理论的研究提供了新的契机.机器学习技术结合了计算机科学、概率论、统计学、数据库理论以及工程学等知识,计算速度快、泛化能力强,能有效地处理一些难以运用传统实验及模拟计算方法解决的体系和问题.近10年,机器学习在材料科学研究中的应用呈现出爆炸式的增长,尤其在新材料的合成设计、性能预测、材料微观结构深入表征以及改进材料计算模拟方法几个方面,均有着出色的表现.当然,作为一项数据驱动技术,如何获取大量实验数据并将其构建为行之有效的数据集仍是现阶段机器学习技术在材料科学领域应用的热点和难点.本文概述了机器学习技术的基本原理、主要工作流程和常用算法,简述了机器学习技术在材料科学领域中的研究重心及应用进展,分析了机器学习在材料学研究中尚存在的问题,并对未来此领域的发展热点进行了展望.     

凝固科学技术与材料

从凝固科学与实践发展的角度介绍了当前凝固材料体系的基本框架和凝固科学主要发展阶段的基本理论。作为材料科学与工程的基本组成，凝固科学技术正在现代科学理论的基础上针对传统材料的改性提高和新材料的发展需求，以控形、控构、控性为目标开展优质铸件的定向、晶体生长、快凝、深过冷及各种新型和超常领域凝固过程的研究，并介绍了其中某些方面和展望了可能的发展趋势。