■ 对刚刚留校的青年教师来讲，选择学术方向乃第一要务，而企业对共性关键技术的迫切需求中恰恰隐藏着最好的学术方向。
■ 没有对基础理论的深刻理解，就不可能有真正的发明创造。
■ 针对国家重大需求的科研工作也给课题组的跨越式发展带来了契机。
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铸造，学名凝固，俗称翻砂，就是我学习和工作了三十二年的专业领域。把金属或者合金熔化成液体，浇到一个模具里，冷下来形成一个坚硬的铸件，就是铸造。生活中最简单的例子就是做冰棒，水在模具里结成了冰，由液态变成固态的过程，就叫凝固过程。
几乎所有的金属材料都要经历至少一次凝固过程。从航空发动机的单晶和多晶叶片、机匣等关键部件到大飞机用的铝合金板锭、钛合金铸件，从计算机芯片用的硅晶体、溅射靶材到太阳能用的单晶硅、多晶硅等关键材料，无一不是经过凝固形成的，铸造技术的落后制约了我国相关产业的竞争力，技术水平与世界先进水平相差二三十年。就连世人热捧的iPad、iMac等时尚电子产品，其铝合金壳体都要先铸造、再挤压，然后从12毫米厚的铝板铣削到2毫米以下， 90%的板材变成铝屑废弃了。能不能直接铸造和挤压成2毫米的薄板呢？答案是否定的，原因是性能达不到要求，可见材料热加工技术落后造成了多大的浪费。
从1993年来上海交大做博士后开始，从事凝固科学与技术研究和教学已近二十年。今不揣冒昧，谈谈做大学教师二十年来成长的体会，与青年教师和学生们分享，谬误之处，请大家多多批评指正。
选好学术方向
对刚刚留校的青年教师来讲，选择学术方向乃第一要务，而企业对共性关键技术的迫切需求中恰恰隐藏着最好的学术方向。1995年底，从上海交大材料学院博士后流动站出站的我，正在思考和选择今后的路。此时，恰逢我的博士导师周尧和院士被上海交大的领导盛情邀请来校工作。恩师德高望重，学术造诣精深。作为周老师的学生，我能够有机会为他做助手，深感荣幸，从此开始了我在上海交大材料学院任教的职业生涯。
课题组刚刚成立，遇到的第一个重大问题就是选择未来的学术主攻方向。是从文献资料中寻找学术方向？还是从生产实践中发现值得努力的主攻方向？不同的人有不同的思路和做法，各有其道理。周老师上世纪七十年代末在世界上率先研究和发明了保温冒口，保温冒口的使用极大地节约了铸造所用原材料和消耗的能源，该发明后来成为世界铸造行业普遍采用的工艺路线，周老师因此也扬名天下。这件事情深深启发了我们这些弟子们选择学术发展方向和目标的思路，那就是要找到既贴近生产实际需求又具有长远科学研究价值的学术方向。在周老师的指导下，我们把“从文献资料中寻找”和“从生产实践中发现”这两种做法结合了起来，一方面认真阅读最新的科技文献，总结归纳学科发展的前沿问题和学术热点；一方面到企业做实地调查，试图发现企业发展中具有共性需求的课题方向。经过大量的调查研究我们发现企业采用新技术的自主性是受限的，主要是受国外或者用户的技术标准或者产品价格的制约，但是，通过新技术的应用降低生产成本则是企业乐于接受的。经过研究我们发现，降低生产成本的一个重要手段就是将生产中产生的大量废料进行循环利用。所以，废料再生，便成了我们可供选择的重要方向之一。与此同时，周尧和院士也在认真思索和研究相关的学术方向问题，他曾经给过我们一份在美国考察时所写的关于铝合金中非金属夹杂物对材料性能影响的调研报告，周院士从ＭＩＴ著名冶金学家ＦＬＡＭＩＮＧＳ那里得到了重要信息，日本丰田公司正在研究采用电磁净化方法去除铝合金中的夹杂物，是废料再生和提高材料性能的关键技术。就这样，实地考察结果和学术大家的研究思路不谋而合，从而确定了课题组的第一个学术方向，即材料纯净化与废料再生。
形成科研思路
没有对基础理论的深刻理解，就不可能有真正的发明创造。确定了学术主攻方向以后，怎么实现？采用电磁净化的技术路线实现微细夹杂物的去除已经定下来了，问题是美国、法国、日本以及国内大学都有从事电磁净化研究的科研小组，但电磁净化工艺一直无法用到生产实践上，主要障碍是电磁净化一小时只能处理几百公斤铝液，而生产中一小时需要处理十多吨到三十多吨的铝液，因此，电磁净化技术无法用到生产实践中去，迫切需要提高电磁净化的效率，这就需要在电磁净化原理上有新的突破。在周老师领导下，课题组集中了主要力量聚焦在电磁净化新原理的研究上，在国家自然科学基金和973课题的支持下，经过五年的努力，终于在电磁净化新原理上实现了两个重要突破，其一是巧妙地利用了方形管式过滤器在电磁场作用下存在二次流动的原理，加速了夹杂向过滤器壁面的运动；其二是利用多级连续净化方法克服了电磁屏蔽效应。这两个原理上的突破使电磁净化处理铝液的速度有了数量级的提高。课题组研制的具有自主知识产权的电磁净化器在国际上首先用于企业的规模生产，应用厂家十多家，净化效率超过世界先进过滤器的效果。十多年来，在电磁净化研究方面累计发表高水平论文100余篇，获得包括1项美国专利在内的发明专利50多项，并获得了国家发明二等奖和上海市科技进步一等奖。
在长期的科研实践中，课题组的老师和学生逐渐形成了课题选择和科研的思路，那就是深入到企业生产一线去调查研究企业重大需求，梳理关键技术，提炼科学问题；通过研究解决科学问题，为技术研发奠定理论基础、提供解决思路，进而实现关键技术的突破并且持续开展产业化应用研究，直到解决企业的生产问题。我们深深体会到，对于工科这样的学科，从实践中提炼并解决科学问题是关键，是解决技术难题的金钥匙。沿着这个思路，课题组还开展了高纯和超高纯电子用铝材料的提纯技术研究，铝合金细化技术研究，高压输电线用高导高强铝合金研究等，在发表了多篇论文和获得多项发明专利的同时，通过产学研合作等途径，不同程度地实现了产业化。
国家重大需求带来重大发展机遇，以贡献求发展。２００７年，大飞机重大专项落户上海，商用发动机紧迫的研发任务对高温材料及其精密铸造技术带来了重大需求，也给上海交大带来了重大机遇。恰好学校要从国外引进一些人才，结合材料学院的原有条件，高温材料精密铸造实验室呼之欲出。我有幸受命组建这个实验室，开始一个新方向的开拓。一开始还有些犹豫，认为在铝合金纯净化和微细化研究方面已经有了较好的基础，不想开拓新的方向，反映了自己传统思维的局限性。在校领导的教育和启发下，我深刻认识到重大需求会带来重大发展机遇，为国家重大需求做贡献是我们义不容辞的责任和义务，同时也会对我校材料学科、对课题组的发展做出较大的贡献。在学校和学院领导的大力支持下，在全体教师和学生的共同努力下，我们建成了国内领先的大型铸件精密铸造研究平台，先后获得了９７３项目、国家重大专项配套研制项目及上海市重大基础研究项目的支持，根据项目需要组建了一支跨学校、跨学院、跨学科的研究队伍，沿着引进消化吸收再创新的路线，一方面积极跟踪学习国外先进工艺，另一方面深入开展相关基础研究及应用基础研究，经过五年艰苦努力，基本解决了高温合金大型复杂薄壁铸件的精密铸造技术难题，满足了国家在航空发动机研制中解决瓶颈技术的需求，获得了中航用户单位的好评，开发的成套技术也通过技术转移实现了与中航集团的合作。
紧随国家需求
针对国家重大需求的科研工作也给课题组的跨越式发展带来了契机，一个三十余人的课题组迅速发展成为一个近百人的凝固科学技术研究中心，为国外引进人才提供了良好的工作环境和发挥特长的平台，一批青年教师在重大需求相关的科研中找到了明确的定位，成为科研和教学的骨干力量，一支以项目聘用人员为主组建起来的工程技术队伍迅速壮大，融入中心建设并为中心的发展做出了重要贡献。
目前，凝固科学与技术研究中心形成了“一个中心、两个基本点”的发展格局。一个中心即以凝固科学研究为中心任务，丰富和发展现代凝固理论；两个基本点即以铝合金纯净化技术研究和高温材料精密铸造技术研究为基础，支撑我国铝加工行业和高温材料精密铸造行业发展。
解放思想，积极探索科研新模式。凝固科学与技术研究中心在快速发展的同时，也出现了一些新问题，比如人多了，可以分别在理论和技术开发上有所侧重，但理论和实践的结合和互相支撑不足；凝固中心既有擅长基础研究的人，又有专攻工程技术的人，不同特长的人在凝固中心发展中的定位和评价问题十分突出，又比如产学研合作，既有和企业的项目合作，又有更加紧密的联合研究中心，还在探讨产权合作。到底什么模式最好？这些新问题有些是学术层面的，有些是管理层面的，迫切需要我们认真研究和解决，归纳起来，主要是定位、科研组织模式和发展路径问题。
首先，定位不准，是阻碍发展的主要原因之一。大学的科学研究与经济社会发展紧密结合的难题还没有破解，既有大学本身的原因，也有来自企业和社会的原因。大学文化和人才特点决定了基础研究、前沿技术研究、通过学科交叉与融合形成新概念和新技术、通过国际学术交流带来新理念和新方法，是大学的优势和特色，也是大学的科学研究与企业的技术研发最明显的区别。这种优势和特色使大学有条件为企业的技术研发提供理论基础上的支撑和方法论上的指导，是产学研合作的重要结合点。相反，成套技术开发和系统集成是大学的弱项。这就决定了大学与企业的合作模式通常情况下是为企业的产业化技术开发提供支撑和服务，而不是直接取代企业的创新主体地位，组织开发成套的产业化技术并组织生产。遗憾的是，产学研合作经常是企业本身对大学产业化技术开发能力期望过高，大学做了企业该做的事而失去了自我。
当然，我们还要看到在大学里也有一些课题组经过长期研究积累，在技术创新上形成了较强的实力，可以开发出适合市场需求的高新技术。但是，在大学的文化氛围和职称晋升、考核评估体系下，要长久地、持续地以产业化技术开发为主要任务，又难以在大学里很好地生存。从这个意义上说，根据不同学科的特点和科研特色，建立起不同的评价体系就显得十分重要而迫切。
总体上看，企业不把自身技术开发能力做大做强，大学不回归自己基础研究和前沿技术研究的优势和定位，产学研合作就难以实现优势互补，科学研究与经济社会发展紧密结合的期望就容易落空。
其次，面对理论创新和技术创新迫切需要紧密结合的形势下，传统的课题组模式已经不能适应发展的需求。过去的课题组是几个老师带领一些学生开展基础研究和前沿技术探索，对先进技术的开发也主要是教师和学生完成。实践证明，教师和研究生为主的科研在基础研究领域比较适合，也是很必要的。但对于有明确需求的关键技术和瓶颈技术开发，仅仅是教师就不够了，除了在原理和机理上有所突破，还迫切需要围绕核心技术开展配套技术开发，在技术的工程实施性和系统性上下工夫，才能不断提高技术的成熟度，才能够实现技术转移。为此，需要大量的工程技术人员参与到技术研发中去。学校在用人制度上的改革使我们聘用专职科研队伍和工程技术人员和技术工人成为可能，通过项目聘用，增强研发力量，形成教师为带头人，专职科研人员和工程人员相结合的结构合理的研发队伍，大大加快了研发进度，提高了创新能力。但与此同时，如何使专职科研队伍有强烈的归属感和成就感，如何长期与教师同舟共济，也是一个大难题。
第三，要解放思想，积极探索新的科技创新模式。在这样的形势下，有没有建立起面向行业整体发展需求的技术创新体系的新途径呢？办法也许有的。
我国的铸造企业有2.6万家左右，它们通常位于土地和人力成本相对低廉的中西部和边远地区，以低成本竞争提供着产业的低端产品，难以留住高端技术人才，也难以建立强大的企业技术研发中心。相反，在大学中积聚着大量的高端人才，拥有一流的研发平台，有可能在基础研究、学科交叉、国际交流和技术开发等方面形成自己独特的优势，做成上中下游紧密结合的强大研发中心。但是，在上海这样的国际化大都市又不可能建设大型的材料加工企业直接将技术转化成生产力，所以，一种暂且名之为“技术中心经济”的行业发展模式就可能出现，那就是把自主知识产权的技术研发放在核心位置，在大城市或者大学建设世界一流的技术研发中心，把生产基地放在欠发达地区，以一个服务多家企业的研发中心为核心，通过集约化研发，以技术转移、技术贸易、技术参股和技术服务等形式带动多家生产企业的发展，引领行业技术发展方向，推动行业技术进步。这样的研发中心在大学里虽然不多，却可能是未来值得大力发展的重要科研形态之一。
国家倡导建设以企业为主体的技术创新体系，也就是“1+N”体系。在这个体系中，1是企业，N是各类研究机构。政府也在推进“N+N”体系，就是N家企业和N家研究机构组成的产业联盟模式。这些都把科学研究定位在支撑和服务上，大学在技术创新中处于从属地位，有失去主动发展的危险。在这样的理念成为社会共识的情况下，大学的工科怎么发展？是否还有第三条道路？答案之一就是“N+1”体系，即一个研发中心加上N家企业组成的产业新形态。
未来产业发展的可能形式之一是一个世界一流的研发中心带动该行业中一大批企业的发展。这中间，研发是核心，强大的技术研发力量把基础研究、前沿技术研究、关键技术开发和产业化技术开发充分集成，引领行业技术发展方向；作为生产基地的企业承接技术进行生产，反过来支撑研发中心的发展。他们既可以是项目层面的合作，也可以更进一步，通过知识产权与公司股权的交换建立更加稳固和科研生产一体化的新型科技型企业。
2013年，是我进入上海交大的第二十个年头。二十年来，既有成功的喜悦，也有失败的苦恼。回首往事，课题组逐渐发展壮大，科研的模式也在不断地变化。如果说以前是需求带来了机遇，那么今后要想进一步实现跨越式发展，科研模式的变革是重中之重，深化改革是加快发展的巨大动力。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
学者小传
孙宝德，上海交大材料科学与工程学院教授，博士生导师，长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，973项目首席。中国材料研究学会青年委员会高级理事、环境材料分会理事。主要从事熔体纯净化和大型铸件精密成型研究，先后承担了国家973、863、国家自然科学基金、国家重大专项配套以及上海市重大研究等课题50余项。注重基础研究与产业化开发相结合，相关技术已经应用于国家重大专项相关构件的研制。获2006年国家技术发明二等奖，2005年上海市科技进步一等奖(技术发明类)。发表论文297篇，其中SCI收录93篇，EI收录128篇，申请国家发明专利125项和国际发明专利1项，其中授权97项。先后入选“上海市优秀青年教师”、“上海市教委曙光学者”、“教育部跨世纪优秀人才计划”、“上海市优秀学科带头人计划”、 “上海市优秀博士后”、“上海市领军人才”等人才计划。
