加强和发展基础研究,是一个国家提升创新能力和积累智力资本的重要途径,是一个国家跻身于世界科技强国的必要条件。一九九九年,以中国工程院女院士钟掘教授为首席科学家的“提高铝材质量的基础研究”项目被纳入973计划,项目组坚持“全面部署,突出重点,统筹兼顾,协调发展”的原则,瞄准我国铝资源开发障碍和制备技术薄弱这一重大前沿科学问题,奋力攻关,建立了具有我国知识产权的铝工业关键技术原型,极大地缩短了我国铝工业发展与国际水平的差距。1999年,973计划“提高铝材质量的基础研究”项目启动,这是湖南省第一个省内科研机构作为首席科学家单位承担的973项目,也是教育部1999年在材料领域类获得支持的唯一项目,钟掘院士担任这一项目的首席科学家。
记者:首先我们想了解一下有关项目开展的背景材料,您能给我们简单介绍吗?
钟掘:铝是仅次于铁的第二大金属,2004年我国原铝需求量达670万吨,铝材需求量达620万吨,均居世界前列。我国氧化铝需求量1370万吨,去年我国氧化铝产量630万吨,居世界第二位,仍有50%以上依赖进口,特别是高性能铝材有70%、军用铝材90%依靠国外。近年来各工业国家均对合理使用铝资源、提高铝材性能、拓展其应用领域等方面加大了研发力度。美国制定了铝工业短、中、长期研究计划,日本也启动了“超级金属”计划。我们的项目正是在这样一种背景下展开的。
记者:我们知道973计划是国家重点基础项目,但具体到您的这个项目中,您需要侧重解决哪些问题,攻克哪些难关?
钟掘:这个问题比较泛。我们项目组有12个课题,每个课题都有基础理论或应用基础研究的重大难关。但简而言之,主要集中在解决低品位铝资源高效利用和高性能铝材制备、降低能耗等问题上。
记者:能说的详细点吗?
钟掘:我国铝土矿资源十分丰富,储藏量达25亿吨,但其中98%为难溶出的一水硬铝石矿,而且有13—15亿吨为高硅铝土矿,与国外的优质三水铝石或一水软铝石型矿相比,我国氧化铝产品中杂质硅的含量高3至5倍。这使我国氧化铝生产不能全部采用能耗相对较低的拜耳法,只能用高能耗的烧结法或两者结合的混联法,这两种方法生产氧化铝,能耗比国外水平高2至3倍,而且氧化铝产品含硅高,成为后续提高铝材质量的一大障碍;另一方面国内外电解铝的电耗都居高不下,降低电解铝电耗的努力从未中断。我国的惰性电极技术的研究基本仍停留在炭素电极基础上,阳极寿命的提高已十分有限。尽快拓宽思路,开发出适应恶劣电解环境的长寿低损耗新型惰性电极材料,加快铝材设计制备的高科技化十分紧迫。这些都是我们急需解决的难题。其中拟解决的关键科学问题包括:氧化铝和原铝提取过程复杂界面作用、多元耦合物理场下液固态组织的演变机理、铝合金多相多级强韧化理论等。
记者:项目开展的情况如何,取得了哪些新成果,在哪些方面解决了国家需求?
钟掘:我们这个项目第一期是1999年10月立项的,刚结题。第二期今年年底正式启动,并且继续由中南大学为主承担,由于我的年龄,将由张新明教授担任首席。
这个项目我们组织了全国14个单位、百多名科研人员,对高效利用铝土矿和生产高性能军、民用铝材等一系列重大科技问题进行了全面研究,取得了一批突破性的成果,先后获得国家级二等奖3个、省部级一、二等奖22个、申请发明专利67项;在实质性贡献中,我们形成的一水硬铝石型铝土矿反浮选理论等五项理论成果和多场耦合制备高技术铝材等多项新技术,为解决我国27亿吨难处理高硅铝土贫矿的浮选脱硅难题,形成高节能冶炼关键技术,闯开了新的发展途径,对我国铝业技术整体升级做出了突出性贡献,我们的成果被评为优秀结题项目,周光召先生对我们能取得如此的成果非常惊诧。
记者:这么大一个项目,这么多人,其管理本身就是一个系统工程,您在这方面有何体会?
钟掘:这个问题提得好,我们本身就是科研人员,有大量的科研工作要开展,怎样使项目协调发展,全面提升科研水平,确实是个重要问题。我们的第一期项目能圆满结题,我感觉靠的是项目组全体科研人员身上那种不问辛劳、不记名利、报效祖国的科研献身精神。在项目组,没日没夜地工作是再平常不过的事了。许多同志没有节假日的概念,在课题组和实验室呆的时间,远比在家的时间多;一些同志在病床上也坚持研究课题。我们的一些老同志如此,我们年轻同志更是如此,其实这些年轻同志的家庭琐事远比我们多,这也是令我很感动的。应该说我们这个团队的凝聚力,主要是同志们这种自觉心构成的。当然,从另一个角度看,形成首席科学家负责制下的学术民主氛围,也是保障项目组团结攻关的重要前提。
记者:谈到年轻同志,我们知道科技创新人才的培养,是973国家重大基础研究项目能否持续快速发展的重大战略问题,您为首的项目组在这方面做了哪些工作?
钟掘:在科技攻关的同时,培养一批后续新生力量,是项目组的重要任务之一。项目组给青年学者和研究生创造了良好的条件,充分重视他们的作用,在安排课题及确定课题负责人时,给有才能的青年学者委以重任;充分利用项目的学术优势、工作条件、政策倾斜、出国交流深造等稳定了一批有学术造诣、有抱负的青年学者,使他们茁壮成长为挑大梁的学术骨干,一些人因成绩突出还晋升为教授、博导。我特别高兴的是项目的12个课题组负责人中,有三分之二都是上世纪六十年代后出生的新一代科研精英。
记者:您能谈谈将于今年年底启动的第二期项目吗?
钟掘:第二期项目名称为“高性能铝材与铝资源高效利用的基础研究”,研究的角度不一样了,但它仍是第一期项目的延续;第二期项目中有8个课题组,比第一期少4个,任务的难度却不亚于第一期,有些地方甚至还有过之而无不及,我本人不再担任首席,但仍会在其中承担一些课题研究。在这个项目中挑大梁的是中青年学术骨干,我想他们会比我干得更好。
记者:最后,我们想问您一个私人问题,作为一个女同志,当初为什么要挑选这硬金属作为您终身不渝的事业来与之打交道,您后悔过吗?
钟掘:前面一问也许说明你们对女同志的认识存在误区,我不回答了,后一问可以告诉你,我非常热爱我所从事的事业,从未后悔过,当你神游在科学探索中时,尘世的一切烦恼都被抛在脑外,成功时的巨大欣喜更非外人能领略,你想,还有什么事业比这更令我神往和痴迷?
项目理论成果
1.一水硬铝石型铝土矿反浮选理论;2.铝合金多场耦合制备基本规律与数理模型;3.形变诱导立方织构形成的机理;4.高强铝合金多尺度多相强韧化机理与模型;5.铝酸钠溶液微观结构与分解机理;6.论文782篇(国际学术刊物130篇、国内学术刊物652篇、SCI检索228篇、EI检索114篇)。
成套技术
1.高硅一水硬铝石型铝土矿铝硅分离成套技术;2.快速、电磁铸轧成套工艺技术与装备;3.高压电容器铝箔生产成套工艺技术;4.耐热铝合金制备大规格材料成套工艺技术与装备;5.高强铝合金多尺度多相强韧化热处理技术;6.氧化铝强化生产技术;7.铝熔体系列纯净化技术。
系列新产品
一水硬铝石精矿;高纯度AL2O3———含硅0.02%%;高压电容器铝箔———立方取向95%以上;新型稀土熔剂———在多家企业得到批量应用;新型长寿命高效率陶瓷喷头———使用寿命可达到2个月以上,是普通石墨喷头寿命的4倍;高质量铸轧铝板;军用铝合金产品;复合微合金化的铝合金焊丝———编制了中华人民共和国有色金属工业“轨道车辆用铝合金型材配用焊丝”行业标准(YS/T458-2003);高强可焊合金板材达到军工单位提出的性能指标。