透过航空用合金，浅谈发明专利的创造性问题
专利无效专业组 张佳星律师
C919：中国首款完全自主知识产权的民用客机。先进材料首次在国产民机大规模应用，第三代铝锂合金材料、先进复合材料在C919机体结构用量分别达到8.8%和12%。新型铝锂合金不仅具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点，同时还兼具低疲劳裂纹扩展速率、较好的高温及低温性能等特点，被认为是航空航天最理想的结构材料。C919首次大量使用铝锂合金，减重效果显著。C919的研制标志着中国民用客机从无到有的发展，在中国航空历史上具有划时代的意义。
不言而喻，关键技术、先进材料的创新与突破，必然会有专利为其护航。笔者接下来将透过合金材料的相关专利审查情况分析，简要阐述如何把握发明专利创造性问题中突出的实质性特点和显著的进步。
一、法律依据
《专利法》第22条第3款规定，发明的创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
《专利审查指南》第二部分第四章，关于创造性问题的解释：
发明有突出的实质性特点，是指对所属技术领域的技术人员来说，发明相对于现有技术是非显而易见的。如果发明是所属技术领域的技术人员在现有技术的基础上仅仅通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的，则该发明是显而易见的，也就不具备突出的实质性特点。
发明有显著的进步，是指发明与现有技术相比能够产生有益的技术效果。
二、案例解析
以下分别从正、反两个方面，阐述发明专利创造性问题中突出的实质性特点和显著的进步。
【正面案例：驳回复审后之发明具备创造性】
本案要点：
如果权利要求请求保护的技术方案与现有技术相比存在区别特征，且现有技术中没有给出将上述区别技术特征应用到该最接近的现有技术以解决其存在的技术问题的启示，也无证据表明上述区别技术特征属于本领域的公知常识，且本申请能够产生有益的技术效果，则该权利要求请求保护的技术方案与现有技术相比有突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
案情分析：
申请号：201080026174.5
名称：用于生产尤其是用于航空工业的高性能部件的钛合金组合物
本复审请求针对的权利要求如下：
1.一种钛合金，其尤其适合在接近β→α+β多晶型转变温度的温度下热锻，以及加热到接近所述转变温度的温度进行热处理，除了构成大部分重量比例的钛以外，所述合金至少包括如下所述重量比的元素：
铝 4.0%～7.5%
钒 3.5%～5.5%
钼 4.5%～7.5%
铬 1.8%～3.6%
铁 0.2%～0.5%
铪 0.1%～1.1%
锆 0.1%～0.7%
氧 0.1%～0.3%
碳 0.01%～0.2%
其中铪和锆加起来的总的重量比不超过1%。
2.如权利要求1所述的钛合金，其特征在于，所述合金还包括重量0.05%-0.25%的硅。
3.一种对由上述任一权利要求所述的钛合金制成的半成品进行热处理的方法，所述方法包括以下步骤：
加热到比合金的β→α+β多晶型转变温度低30～70℃的温度范围；
在所述温度停留2～5小时；
冷却；
在540～600℃的温度范围内停留8～16小时；
冷却。
驳回理由：原权利要求1-4不具有突出的实质性特点和显著的进步，不符合《专利法》第22条第3款规定的创造性。
复审请求人认为：对比文件均未提及双相钛合金的稳定性问题，更没有提到钛合金中铝和氧含量增加导致的问题，通过添加铪元素避免铝和钛的氧化相的形成来解决“氧含量增加”的技术手段对本领域技术人员来说是非显而易见的，因此该技术方案具有创造性。
原审查部门在前置审查意见书中认为，铝和氧含量增加会使钛合金变脆属于本领域的普通技术知识，对比文件提到了铪在钒钛合金中具有降低杨氏模量并提高钛合金强度的作用，本领域技术人员有动机将铪加入双相钛合金来实现降低杨氏模量并提高钛合金强度的目的，也必然达到了防止钛合金变脆的作用。因而坚持驳回决定。
复审通知书指出：权利要求1-4不具备专利法第22条第3款的规定。
针对上述复审通知书，复审请求人提交了意见陈述书和修改后的权利要求书（详见上述“本复审请求针对的权利要求”）。
合议组认为：
本领域技术人员无法推断背景技术中的钛合金适合进行上述热锻和热处理；本申请所要解决的技术问题是通过向钛合金添加铪来促进合金相的沉淀，从而避免铝和钛的氧化相的形成，提高钛合金材料的韧性，对比文件并没有给出相应的技术启示。因此，无法获得为解决本申请的技术问题寻找解决办法的技术启示，也没有证据表明上述技术特征属于本领域的公知常识。(https://www.daowen.com)
根据本申请说明书的记载，通过在钛合金中显著增加铪的含量，有利于合金相的沉淀，且铪能像锆一样，通过与α相钛形成固溶体来提高α相钛的稳定性，并在β相中具有连续的可溶性，与α相的钛完全混溶，从而能够获得具有更好的机械性质潜力的钛合金组合物，取得了有益的技术效果。
然而，对比文件并未提及添加铪和锆对于钛合金韧性的影响，均不涉及对钛合金韧性的改进，故本领域技术人员没有动机选择向钛合金中添加铪和锆并确定合适的含量，即对比文件没有给出获得上述区别技术特征的启示，因此，根据现有证据不足以认定权利要求1的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的。同样，驳回决定中关于权利要求2、3不具备创造性的理由也不能成立。[2]
【反面案例：驳回复审后之发明仍不具备创造性】
本案要点：
在判断权利要求的创造性时，首先将权利要求与现有技术中最接近的技术方案进行比较分析，找出区别特征，随后判断这些区别特征的引入对于本领域技术人员而言是否是显而易见的。如果本领域技术人员根据现有技术教导或启示能够引入上述区别特征，而且得到的技术方案没有产生预料不到的技术效果，则应当认为该权利要求不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
案情分析：
申请号：200680019898.0
名称：用于飞机机身的高韧度的铝-铜-锂合金板材
驳回决定中指出：权利要求1-23不符合专利法第22条第3款的规定。
复审请求人认为：本申请属于选择发明，对于合金元素的含量选择使得板材性能有了明显改善；对于工艺参数，尤其是拉伸的永久变形量的选择取得了预料不到的技术效果；并补充实验数据以证明所取得的预料不到的技术效果。
复审通知书指出：权利要求1-23相对于对比文件1结合本领域常规选择不具备创造性。
复审请求人于2011年6月27日提交了意见陈述书，同时对权利要求书进行修改，将权利要求1中的“控制拉伸所述板材至永久变形1%-5%”修改为“1%-4%”；并再次补充实验数据，表明控制拉伸对韧性的影响，以证明修改后的权利要求具备创造性。
以下重点阐述合议组对权利要求1不具备创造性的决定理由。
修改后的权利要求1如下：
“1.一种制造具有高韧度和高机械强度的铝基合金板材的方法，其中：
a）制造一个金属熔池，所述金属熔池以重量计包括以下成分：3.0%～3.4%的Cu；0.8%～1.2%的Li；0.2%～0.5%的Ag；0.2%～0.6%的Mg和至少一种选自Zr、Mn、Cr、Sc、Hf和Ti的元素；如果选择上述元素，所述元素以重量计的量是：0.05%～0.13%的Zr；0.05%～0.8%的Mn；0.05%～0.3%的Cr和Sc；0.05%～0.5%的Hf和0.05%～0.15%的Ti，其余为铝和不可避免的杂质，补充条件是：Cu和Li的量满足下式：
Cu（以重量百分比计）+5/3Li（以重量百分比计）＜5.2。
b）以所述金属熔池为原料浇铸一块板。
c）在490～530℃之间的温度均化所述板5～60小时。
d）将所述板轧制成最终厚度在0.8mm和12mm之间的板材。
e）将所述板材进行固溶热处理并淬火。
f）控制拉伸所述板材至永久变形1%～4%。
g）通过在140～170℃加热5～30小时对所述板材进行回火。”
对比文件1公开了一种低密度、高强度、高韧性的铝锂合金及其制造方法，该合金的制造方法包括以下步骤：a）浇铸成分为CuaLibMgcAgdZreAlbal的铝合金，其中2.8＜a＜3.8，0.8＜b＜1.3，0.2＜c＜1，0.2＜d＜1，0.08＜e＜0.4，余量为Al和杂质，且Cu（wt%）+1.5Li（wt%）＜5.4；b）加热铸锭以消除应力；c）先在940（504.4℃）均化8小时，然后在1000（536.1℃）均化36小时；d）将铸锭轧制成所需厚度的板材；e）将板材固溶热处理并淬火；f）拉伸板材至5%～11%；g）在320～340（160～171℃）对板材进行人工时效12～32小时，相当于回火处理。
合议组认为：
权利要求1与对比文件1区别在于：
①权利要求1中Cu含量为3%～3.4%，对比文件1中Cu的取值为2.8＜a＜3.8。
②权利要求1中限定Cu（以重量百分比计）+5/3Li（以重量百分比计）＜5.2，而对比文件1中Cu（wt%）+1.5Li（wt%）＜5.4。
③权利要求1中均化温度为490～530℃，对比文件1中分两步均化，先在940（504.4℃）均化，然后在1000（536.1℃）均化。
④权利要求1中板材轧制的厚度为0.8～12mm，对比文件1中未具体记载轧制后板材的厚度。
⑤权利要求1中控制拉伸板材至永久变形1%～4%，对比文件1中拉伸板材至5%～11%。
可见，权利要求1的技术方案相对于对比文件1实际解决的技术问题是：通过选择合适的工艺参数从而优化制备方法。对本领域技术人员而言，工艺参数的优化选择是改进制备方法的常规技术手段之一，因此，判断权利要求1的技术方案是否具备创造性的关键在于，上述工艺参数的选择是否能够产生预料不到的技术效果。
对于区别技术特征①，本申请说明书记载了Cu含量合适的范围在2.7%～3.4%，优选为3.0%～3.4%，更优选为3.1%～3.3%，但是并未记载铜含量高于3.0%有何有益效果，以及低于3.0%会带来何种不利；实施例中具体的铜含量为3.3%和3.2%，并没有铜含量在3.0%以下及以上的对比例，从而无法比较在性能上的区别；而对比文件1中已经公开Cu含量为2.8这一具体值，其落入了2.7%～3.4%的范围，因此可认为本申请的Cu含量选择并未取得预料不到的技术效果。
对于区别技术特征②，说明书记载为了获得所需的韧度结果，可有利地在固溶热处理期间获得几乎完全的溶解，可通过限定铜和锂的总量来实现；对比文件1同样是通过调节铜和锂的成分，使铜和锂的含量之和保持在溶解极限以下，以便当其暴露于高温时避免韧度损失。二者所要解决的技术问题和采取的技术手段均相同，本领域技术人员能够在对比文件1公开的内容的基础上，根据需要进一步选择合适的铜和锂含量关系的临界参数，本申请中也未记载该选择能带来何种预料不到的技术效果。
对于区别技术特征③，对比文件1权利要求3公开了在940（504.4℃）进行均化，对比文件1说明书公开了在650～1000（341.6～536.1℃）均化铸锭20～40小时，本领域技术人员同样能够在对比文件1的基础上进一步选择合适的均化温度，该选择也未带来预料不到的技术效果。
对于区别技术特征④，对比文件1说明书公开了合金A—F轧制的厚度约为12mm，即现有技术已有将铸锭轧制到12mm的技术启示，因此，对比文件1公开的具有相似成分、采用相似工艺制备的铝合金同样也能根据实际需要，将其轧制到0.8～12mm的厚度。
对于区别技术特征⑤，说明书记载了，产品经受1%～5%并优选2.5%～4%的控制拉伸，当控制拉伸变形大于5%时，韧度趋于减少，对于大于5%的永久变形，Kahn试验结果特别是Eg趋于减少，这是提供不超过5%的永久变形的原因；同时在实施例2-3中针对不同的永久变形率进行了性能测试。可知，对于永久变形量在大于5%时，韧度减少，产品性能会产生不利的影响；但是，变形量在4%～5%之间时，产品性能并无太大的变化，即变形量从5%减少至4%时，该选择并未带来预料不到的技术效果。
综上所述，本领域技术人员在对比文件1的基础上对具体合金成分和工艺参数进行常规选择就能得到权利要求1的技术方案。同时，对比文件1公开的制备方法得到的合金也具有高韧度和高强度，即上述区别技术特征的引入也没有使得权利要求1相对于对比文件1产生预料不到的技术效果。因此，权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。[3]
三、小结
综合上述两个案例：
判断发明是否具有突出的实质性特点，就是要判断对本领域的技术人员来说，要求保护的发明相对于现有技术是否显而易见，通常可以按照以下三个步骤进行：第一，确定最接近的现有技术；第二，确定发明的区别特征和发明实际解决的技术问题；第三，判断要求保护的发明对本领域的技术人员来说是否显而易见。
在评价发明是否具有显著的进步时，主要应当考虑发明是否具有有益的技术效果。
在合金领域中，成分及元素的含量、比重不同，将很可能对合金材料的性能产生明显不同的影响，而工艺参数、实验数据对其所产生的技术效果的评定起关键作用。我们在通过上述方法进行判断时，重点需要依据区别技术特征确定发明实际解决的技术问题，避免“事后诸葛亮”错误的产生。当这种新技术表现出预料不到的性能或者优点时，该发明具备创造性。
因此，若权利要求请求保护的技术方案与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，则此技术方案具备创造性；与此同时，在合金领域的专利创造性问题判断过程中，我们也需要注意整体考虑。