“如果给你一块国内没有的新材料，在不知道成分和工艺的情况下，你怎么复制出来？”中南大学材料科学与工程学院相图与材料设计研究中心的刘华山教授问记者。看到记者一脸茫然，他解惑说：“有两种方法。一种就像炒菜一样去摸索，反复试验，先确定材料的成分或配方，然后确定在什么工艺条件下处理；一种就是利用相图，找出别人之所以这样做的原因，从源头进行破译与创新。相图可以说是材料工程中的地图。”

相图描述材料的状态随系统的温度、压强、浓度等变化的关系图。从相图上可以看出材料内部由哪些相构成、各相的组成是什么、含量多少以及它们随温度、压强和材料成分与生产工艺、使用条件等变化的规律。相图上每一个点都表示一个状态，都有明确的物理意义。

在实际材料研究过程中，通常我们先根据材料的性能如强度、塑性和腐蚀性等可以判定出其对应的主体成分，再根据成分查相关相图即可知道材料的配方及在什么温度下如何处理。相图上的成分和温度就如地图中的经度和纬度，它可以精确地定位材料的元素、相和组织。就像福尔摩斯一样，相图专家以材料的性能为线索，以相图为工具，把复杂的材料层层剖析，从而轻松破译出材料的成分、组织和生产工艺，免却了炒菜似的长期盲目摸索。

在相图研究方面，中南大学材料科学与工程学院的金展鹏院士在国际学术界声誉卓著。他与师昌绪、冯端等人合著的《材料科学导论》被柯俊等誉为中国材料界的Bible（圣经）。金展鹏院士首创的“三元扩散偶———电子探针微区成分法”,后被国际上称为“金氏相图测定法”。国外已有50多种著名杂志引用他的方法。他的“热化学磁矩法”及相图数据库,也得到国际同行的广泛引用,其中关于氧化物陶瓷的研究成果已被美国麻省理工学院和美国宇航局（NASA）成功用于有关材料的设计。

以金展鹏院士为学术带头人的中南大学材料学院相图与材料设计研究中心，长期从事相图与相变研究，在相图研究方面取得了重大突破。他们发展了合金相的热力学模型，合作提出了阶段性亚稳相转变理论和推导亚稳相组织图的方法等。在国家“863”计划与国家自然科学基金的资助下，相图与材料设计研究中心完成了一系列氧化锆基陶瓷、硼酸盐、钛酸盐等氧化物人工晶体体系以及镍基高温合金体系、低熔点金基焊料体系的热力学优化和计算工作；并首次基于相图计算（CALPHAD）技术对硼酸钡（BBO）晶体生长过程进行了模拟，建立了一个较系统的氧化物功能晶体热力学和相图数据库，对实际人晶体制备有重要指导意义。此外，他们还研究了部分氧化锆和氧化铪基氧化物陶瓷体系的相图和相变问题，对氧化锆基陶瓷材料时效过程中四方相的析出和粗化进行了模拟和预测，获得了比经典的LSW理论更为准确的结果，为优化相变增韧氧化锆基陶瓷材料时效工艺提供了理论依据。

刘华山教授介绍说，国外材料界非常重视相图的指导作用，善于利用相图的研究成果使新材料得以迅猛发展。中南大学材料学院材料与相图研究设计中心已和美国通用电气（GE）公司合作，结合实验优化设计了一系列镍基合金体系相图，建立了10个三元镍基超合金相图和热力学数据库，对部分镍基合金的凝固过程进行计算模拟和分析，并计算预测了部分镍基合金中的非晶形成机制。这些结果对GE公司高温合金的开发起到了重要的促进作用。

在以上研究中，该中心在国内外重要学术刊物和会议上共发表论文187篇，其中SCI收录107篇，EI收录120篇。研究结果被国外五十多种不同学科的期刊引用数百次，并作为建立新理论、设计新材料、发展新方法、阐明新现象和制定新工艺的依据。其中无机材料相图的研究1991年获得国家自然科学三等奖。

相图研究属于基础性研究，中国材料界到20世纪80年代末才意识到它的重要性，但是中南大学材料学院材料与相图研究设计中心的专家对相图的发展始终怀着坚定的信心，该中心培养的弟子大多已成为国际相图界的骨干。

对相图的发展，金院士站在战略的制高点上提出了自己的期望，他说，我国的科技从整体上落后于发达国家，所以我们应该培养一批能够破译别国高新材料生产技术的科学家。