登上新材料领域制高点 张立同院士团队屡获国家科技大奖

张立同院士（受访者供图）

■记者姜泓

“核心技术是买不来的，必须依靠自己的力量，我们完全有能力依靠自己的力量发展先进技术。”从事航空航天高温材料技术及其应用研究，解决了国家急需的一系列重大关键技术，取得多项开创性成果，中科院院士、西北工业大学材料学院张立同教授带领团队几十年来坚持自主创新，不断奋力攻关，使我国高温陶瓷基复合材料的研究与应用水平进入国际前列，年逾80岁的张立同被人们称为“巾帼院士”。

十年攻关多项技术进入国际前列

张立同院士团队的科研之路可以追濒到上世纪70年代。当时张立同到430厂（西安航空发动机厂）调研，得知航空发动机用熔模制造叶片的变形和裂纹报废率竟高达50%。“发动机是飞机的心脏，叶片是航空发动机的心脏，解决叶片铸造变形问题是提高航空发动机涡轮叶片质量的关键。”车间成立了以张立同为首的攻关组，经过半年夜以继日的工作，从获得的数万个数据分析中，张立同发现了刚玉陶瓷型壳的1050C软化变形现象和叶片铸造热应力变化特点，由此寻找到了叶片变形规律，从而改变了国内同行认为型壳材料耐火度越高越好的错误观点。她提出发展高岭土型壳材料替代电熔刚玉，成功解决了困扰航空熔模铸造生产十几年的刚玉型壳中温变形的问题，1976年我国终于制造出第一个无余量叶片。

1976年，我国从英国罗罗公司引进的斯贝航空发动机落户在430厂。而制造发动机叶片的熔模铸造技术属于10项技术秘密之一，还要另外购买，如无余量叶片铸造用模料、制壳材料、陶芯等技术秘密分属另3个厂家专利，还需另花大量外汇去购买。张立同又坐不住了，毅然承担起斯贝发动机无余量叶片的研究重任。

又是1000多个日日夜夜，张立同院士所带领的五人研发团队，在经过数不清的失败之后，碳化硅陶瓷基复合材料制造工艺与设备的一系列核心关键技术也被全面突破，用自主研发的上店高岭土型壳材料成功铸造出英国罗罗公司的斯贝发动机首批高精度、低粗糙度的无余量空心导向叶片，将中国的熔模铸造水平推向了国际先进行列，为发展中国新型发动机复杂内腔叶片及薄壁复杂整体构件奠定了理论和工艺基础。他们研发的铜川上店高岭土型壳材料，也有人称其为“中华高岭土型壳材料”。这一材料的诞生，为我国发展优质而廉价的陶瓷型壳材料开辟新路，既满足了国内高精度熔模铸件的要求，铸件还远销国外，企业产生巨大经济和社会效益。

1985年，张立同团队突破“铝合金石膏型无余量熔模铸造”和“高温合金泡沫陶瓷过滤技术”等航空重大课题关键技术。

张立同将科研生涯的第一个10年称之为“第一次创业”。10年付出，成果斐然，从1984年到1987年，上述研究成果连续获得国家科技进步一等奖、二等奖、三等奖共4项。

挑战新领域复合陶瓷新材料获大奖

上世纪80年代中后期，正值国际高温陶瓷热，主要发达国家在发展航空发动机用高温结构陶瓷，国内也在进行汽车发动机用高温结构陶瓷研究。此时，张立同凭着一个优秀科学家特有的敏锐，果断提出发展航空航天高温结构陶瓷科研新方向，向“陶瓷基复合材料技术”这个新方向发起挑战。

碳化硅陶瓷基复合材料的研究很快有了进展，但意想不到的困难却接踵而至。小型实验型技术与设备放大时，所遇到的难题几乎使张立同课题组对CVI工艺丧失信心。

1995年邀请国际CVI碳化硅陶瓷基复合材料的技术鼻祖、法国波尔多大学Naslain教授到实验室，希望能给予启示。而Naslain教授在看过他们研制的设备后只说了两句话：“我掌握CVI技术花了20年，你们至少要用10年！”

张立同团队“第二次创业”攻关进入最艰难阶段。师生们不分昼夜泡在实验室，却做不出一炉性能合格的试样，“九五”课题中期检查时，差点被亮黄牌，他们品尝到“至少10年”的滋味。

又是“一千多个日日夜夜”。他们先后做了四代CVI设备，试验了400余炉次，1998年底，第一批性能合格的试样终于制出。接着，碳化硅陶瓷基复合材料制造工艺与设备的一系列核心关键技术也被全面突破，材料性能达到国际先进水平，并获得6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。我国一跃成为继法国之后，第二个自主掌握碳化硅陶瓷基复合材料CVI制造技术及其设备技术的国家。

2005年3月28日，在北京人民大会堂举行的国家科技奖励大会上，张立同团队凭借比铝还轻、比钢还强、比普通陶瓷更耐高温的“摔不碎”的复合陶瓷新材料，获得已空缺六年的国家技术发明一等奖殊荣，又一次登上科学的高峰。

“第二次创业”令张立同团队再创辉煌。“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”这一成果的诞生，打破了国外技术垄断，奠定了我国该材料在航空航天材料领域的领先地位。

第三次创业开辟产业化之路

如果说张立同前两次创业是瞄准国家重大战略需求着力科技攻关，那么，她的“第三次创业”则是推动科技成果产业化。

早在2005年春天，当她捧回国家技术发明一等奖后，就开始构想下一步发展，决定率领团队“第三次创业”——为陶瓷基复合材料持续发展搭建工程转化平台、开辟产业化之路。

“一代材料，一代装备”是国际共识。张立同院士团队不懈努力，终于探索出一条产学研融合发展之路：2008年在前国防科工委支持下建立西北工业大学陶瓷基复合材料工程中心；2010年完成3种典型产品的小批量制备关键技术研究与应用验证；2011年西北工业大学以专利使用权作价并引进优秀民营企业，组建了西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司；2013年获批陶瓷基复合材料制造技术国家工程中心。

以超高温结构复合材料重点实验室为材料基础研究平台，以陶瓷基复合材料制造技术国家工程中心为工程转化平台，以西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司为产业化平台，产学研链条的形成为产品研制与应用奠定基础。

2017年初，又有好消息传来。“碳陶飞机刹车功能复合材料的研制与应用”荣获2016年度国家技术发明二等奖。该碳陶刹车盘弥补了我国刹车系统适应性差的短板。

早在2008年，团队研制的碳陶刹车盘成功装备在某型歼击机上，使我国成为国际上首个将碳陶刹车盘成功应用于飞机机轮刹车的国家。据张立同院士介绍，该碳陶刹车盘具有耐高温、静摩擦系数高、刹车平稳和使用寿命长等优点，是国际公认的新一代刹车材料。目前该碳陶刹车盘已用于舰载机、歼击机和运输机等10多种先进飞机上，正在向民用飞机拓展。

张立同说：“碳陶刹车盘还可在高档轿车、重型汽车、坦克、重型机械和高速列车等领域应用，可形成年产值数十亿元的产业规模。我们已与陕汽集团等企业达成合作意向，发展前景乐观。”

目前，西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司已为航空航天领域生产百余种万余件产品，为我国9个重大专项实施提供材料支撑，并向核能和光伏等民用领域拓展，初步实现将材料技术转化为产品技术的目标。

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