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黄伯云、张立同:创新英雄

黄伯云
  中国工程院院士,中南大学副校长

张立同
  中国工程院院士,西北工业大学教授

  2005年3月,黄伯云、张立同因各自在新材料科学研究中取得的突出成就荣获连续六年无人问鼎的国家技术发明一等奖。他们研究开发的新材料及其制备技术,将使国防工业生产、民用工业生产对材料的选用发生革命性的改变,同时对新材料产业的发展将产生巨大推动作用。

  从去年初春起,黄伯云、张立同这两位中国工程院院士就因获得2004年度国家技术发明一等奖,而被各式媒体热烈地宣传。他们的儒雅形象,在夏日阳光的照射下,辉耀闪烁在社会大众面前。

  得奖,对于黄伯云和张立同固然是一个秋天的收获,尽管他们愿意有更多的人一起来分享成功的喜悦,尽管他们的科研成果对材料产业的革命性发展产生着深远的影响,尽管他们的人格魅力给人们留下了深刻印象,黄伯云和张立同还是分别带着科研团队淡出了社会大众的视线,在冬雪尚未积覆之前,就又回到了宁静校园的深处,默默准备着下一次可能更加艰苦的科研行军。

  在黄伯云、张立同从党和国家最高领导人手中接过一等奖奖励证书之前,曾有6年,这个奖项无人能够问津。一方面,说明这个代表国家实力的奖项的评审制度异常严格,宁缺毋滥。另一方面,也说明夺取这个技术发明一等奖确实具有相当难度:不但要有技术创新,而且要将创新的技术实现产业化、商品化,对整个行业产生重大推动。透过这样的评奖要求,我们会发现,黄伯云和张立同这两位工程院院士,在走过那一段至少花费他们十年以上时光的科技创新之路后,已经不再是传统意义上的单纯在实验室里做文章的大学教授,而是名副其实地将产学研有机结合的科学研究与技术开发团队的领军人物。

  自然科学研究,特别是工程类的科学技术研究的目的性很强。如果仅仅把研究目标定在得个什么“大奖”之上,这会使得科学研究有流入“庸俗”之嫌。而真正可以用“伟大”来形容的科学家,他们一辈子从事科学研究,总是以自己的创新思想能够转变成对社会发展有巨大推动作用的现实成果为自豪。作为炎黄子孙的优秀代表,作为承担国家级科研课题的学科带头人,黄伯云、张立同的科研目标,应该说是和中华民族的伟大复兴紧密联系在一起的。

  现代科学技术的创新发展,新材料科学是重要桩基之一。分别在中南大学和西北工业大学任教的黄伯云和张立同都是材料科学家。2004年度国家科技发明一等奖评选揭晓,两位材料科学家独领风骚,可能是一种巧合,但这种巧合又充分体现了科学界对新材料科学技术发展的关注。

  黄伯云和张立同分别从事着航空航天等领域的关键零部件制备技术、工艺装备的研究。黄伯云研究的炭/炭复合材料、张立同研究的陶瓷基复合材料,都属于世界级的尖端课题,能够解决这些难题的国家堪称凤毛麟角。

  黄伯云主持的“高性能炭/炭航空制动材料的制备技术”涉及高性能炭/炭刹车材料的研究、开发及产业化,在国际上首次采用新的先进技术及装置实现了炭刹车副的工业化生产,突破了以前因炭/炭复合材料航空刹车副只有美、英、法三国能生产而形成的国际市场垄断和严密的技术封锁,使中国飞机解决了“上得了天而下不了地”的问题,其材料还比世界上同类产品在强度和耐磨性方面都有提高,成本也降低了不少。确保了我国数百架进口大型干线飞机炭/炭刹车材料国产化和国家航空战略安全。

  张立同主持的“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”项目整体技术跻身国际先进行列,材料综合性能达到国际领先水平,从而打破了国际高技术封锁,走出自主创新、跨越式发展国际前沿性材料的道路,对国防科技工业和国民经济发展都将发挥重大作用。此项目研制的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是国际上公认的反映一个国家先进航空航天器制造能力的新型热结构材料,可以满足航空航天器向高速度、高精度、高搭载和长寿命发展的需求。

  对黄伯云和张立同研究的新材料投射关注目光的,还有更多的产业界人士。

  在我国,材料产业在国民经济发展中占GDP的1/7左右,追求技术和手段的创新,追求材料的低成本、高效能和高附加值,始终是企业发展的目标。

  从保护环境的角度上看,传统材料的生产过程是造成环境污染最重要的因素之一,如钢铁和水泥的生产对水就有严重污染。开发新型材料,将使社会的可持续发展得到保障。从降低成本的角度看,飞机制造技术的提升,有2/3的项目要靠解决材料问题来改进,而汽车制造成本的50%则消耗在材料方面。汽车生产要轻量化,就必须发展强度高、承重性能佳的新材料。生产技术上得到广泛推广的新材料,往往具有成本低的特点,一旦用于制造业、高技术产业,其产品往往又会产生极高的附加值。

  将科学技术转变为现实生产力,是一个需要在诸多方面历经考验的艰苦过程。为了提升国家科技和产业实力,使重要产业的关键核心技术掌握在自己手中,中央政府对科学家们将技术发明转变为现实生产力寄予殷切希望。在过去的6年中,国家技术发明一等奖连续空缺,技术创新、实现产业化、对整个行业产生重大推动这三项条件不能全部符合是重要原因。

  长期以来,我国的新材料开发,很多项目仅是在实验室的研究方面具有较高水平,但在产业化方面与国外差距很大。一方面,由于技术开发与高新技术产业发展不配套,使新材料开发出来便存入了“资料库”,“英雄无用武之地”;另一方面,产业界又急需新材料使自己的技术水平得到提升,但因为与科研单位的研究脱节,使得“求贤无门”。而事实上,据统计,我国在材料科研方面,发表的文章仅次于美国,国防上所用的材料几乎全部立足于国内。

  最特殊的事物往往也最具普遍意义。黄伯云和张立同在新材料方面的研究,其首先的用途是国防工业,但是,正如发明了半导体才有今天的信息时代那样,新材料的广泛推广,屡屡改变着人类社会的发展进程。在世界各发达国家,军工高新技术一旦在民用工业得到普遍应用,都会使民用工业企业的技术水平和产品开发甚至产业结构发生大幅度的飞跃。

  黄伯云和张立同的创新技术成果,其价值首先在国防与国家战略安全方面得到了体现,然而,黄伯云、张立同研究开发出来的新材料及其制备技术,无疑将在广泛的用途上促进以新材料取代传统材料,使国防工业生产、民用工业生产对材料的选用发生革命性的改变,对航天、化学化工、交通运输等行业的技术进步也将产生重大的推动作用,促进材料产业更加有效地朝着低成本、低消耗、可持续、具有高附加值的方向前进。黄伯云和张立同的科研成果,既是自主创新的典范,又是推动经济发展从片面追求总量增长转变为发展先进生产力,使产业结构在质的方面得到改变的新动力。他们的贡献,为我国新材料产业的未来发展带来了新的曙光。

  黄伯云简历

  黄伯云,1945年出生,湖南省南县人。1980年留学美国,在衣阿华州立大学材料科学与工程系获得硕士、博士学位。1986至1988年,在美国田纳西大学进行博士后研究。1988年偕家眷回到母校中南大学。是我国实行改革开放政策后第一个在美国完成硕士、博士及博士后学习回国的留学人员。现任国家863高技术新材料领域专家委员会主任,粉末冶金国家重点实验室和粉末冶金国家工程中心主任,1999年当选为中国工程院院士。

  张立同简历

  张立同,著名航空材料专家,国家级有突出贡献的专家。1938年出生于重庆,1956年考入北京航空学院,毕业后任教于西北工业大学。先后被评为“全国三八红旗手”、“航空部先进工作者”、“国家级有突出贡献专家”、“陕西省优秀共产党员”等。1992年获国防光华科技基金,1993年被评为部级“优秀研究生导师”,1995年当选为中国工程院院士。

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记张立同院士

《学习时报》(第284期)王建柱

2005年3月28日, 67岁的女科学家张立同用她研制的比铝还轻、比钢还强、比普通陶瓷更耐高温的复合陶瓷新材料,荣获了国家技术发明一等奖。

上个世纪70年代初,发达国家已将一些重要的涡轮叶片生产由锻造改为无余量熔模精密铸造,叶片的工作面无需加工就可以达到所要求的尺寸精度和表面光洁度。当时我国的熔模铸造技术还十分落后,即使增加抛光余量的叶片,报废率仍高达百分之三十,有时甚至高达百分之五十。强烈的爱国精神和忧患意识,使张立同勇敢地承担起了“高温合金无余量熔模精密铸造叶片新工艺研究”这一攻关课题。

1976年,我国引进了英国斯贝发动机专利,但其中无余量叶片铸造用的模料等还需要另外花上百万美元进口,面对这一情况,张立同心潮难平。她与同事们经过1000多个日日夜夜的奋战,创造性地提出了无余量熔模铸造工艺的技术关键。最后筛选出了较为理想的新型壳材料——陕西铜川上店土。

1980年,用铜川上店土壳材料铸造成功了我国第一批高精度、低粗糙度无余量空心导向叶片。这一科研成果,荣获了1985年国家科技进步一等奖。

为了在我国发展连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料,她到处呼吁,四处奔走去争取经费,可是却没有得到支持。课题组在经费十分困难的情况下因陋就简自制了一台热压机,1992年的冬天西安特别寒冷,为了调试热压炉,他们就在冰冷实验室里度过了春节。

正当张立同和同事们艰苦攻关的关键时刻,下海经商的浪潮又给张立同课题组带来了新的考验。于是大家进行了热烈的讨论。“我们不能散火,既要做教授,还不能做穷教授”,“要发挥群体的力量去赚钱,要稳定队伍、积累资金、等待机遇发展陶瓷基复合材料”。

他们采取“航空为本、扩大基础、重点突破、军民两用”的发展策略,当年就在高温陶瓷材料的应用开发上取得了良好的经济和社会效益。她敢于开拓,亲自带领课题组南下,仅用了一个月时间,就帮助广东一家陶瓷企业攻克了技术难关,开发出新产品,获利20多万元,他们用这笔钱自行研制了一台设备,由此拉开了“碳化硅陶瓷基复合材料研究”的序幕。

碳化硅陶瓷基复合材料的研究很快自有了进展,但意想不到的困难却接踵而来。在把实验型技术与设备向工程型转化时,所遇到的难题几乎使张立同课题组对CVI工艺丧失了信心!1995年,国际碳化硅陶瓷基复合技术的技术鼻祖、法国波尔多大学的Naslain教授被邀请到西北工业大学,这位教授在看过他们研制的设备后,毫无表情地说:“我们掌握CVI这项技术化了20年,你们至少也要用10年”。

在后来的三年时间里,他们先后作了四代CVI设备,实验了400余炉次,又是一个“一千个日日夜夜”。1998年底,第一批性能合格的式样终于制出了。接着,碳化硅陶瓷复合基材料制造工艺与设备的一系列核心关键技术也相继被突破 ,材料的性能达到了国际先进水平,并获得了六项国家发明专利,形成了具有自主知识产权的制造工艺及设备体系,我国第一个超高温复合材料实验室从此诞生了。我国一跃成为继法国和美国之后,第三个全面掌握碳化硅陶瓷基复合材料CVI制造技术及其设备的国家。

2001年,这位教授再次来到西北工业大学 ,当他看到大小各异规格不同的陶瓷基复合材料构件时感到非常惊讶。他在随后给张立同的信中说:“上次回国后,我一直在关注着你们实验室的发展,我认为你们的实验室不仅是中国的重点实验室,而且也是一个具有国际先进水平的实验室。”

1989年4月,张立同进入克利夫兰美国航空航天局空间材料商业发展中心。她是第一位获准进入这所研究机构的中国高级学者,承担了美国未来大型空间站结构用陶瓷基复合材料的研究和指导研究生工作。她仅用了不到一个月的时间,就使一个一年没有进展的课题有了转机。他带着美国研究生,用了一年半的时间,研制出3种低密度、高比强、高比模的陶瓷基复合材料,并通过了空间环境试验。该中心主任沃廉斯教授惊喜地说:“张教授的才能和工作效率令人吃惊”。

一位美国电子工程教授请张立同剖析一种电子材料的功能故障,她很快就解决了,这位教授十分感激,要支付高额酬金,张立同婉言谢绝地说:“我们中国人更注重友情” ,美国教授称赞她:“你是一位真正的学者” 。

在接受笔者采访时张立同说:“伟大的中华民族应该有自己研制的世界一流的飞机,应该有一流的航空材料和制造技术,我愿意为这个理想奋斗终身。也正是这一崇高的理想推动我走到了今天,它还将推动我走向更加灿烂的明天。如果说追求,这就是我的追求!”


陶瓷基复合材料应用技术简介

“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”项目由西北工业大学张立同院士等主持完成。成果整体技术跻身国际先进行列,材料综合性能达到国际领先水平,从而打破了国际高技术封锁,走出自主创新、跨越式发展国际前沿性材料的道路,在军民两用领域具有广泛应用前景,对国防科技工业和国民经济发展都将发挥重大作用。不仅为陶瓷基复合材料高科技产业奠定了坚实基础,而且推动了交通运输、新型能源、化学化工以及机械等行业的技术进步,潜在市场每年约10亿元。
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