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百折不挠谱华章

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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,67岁的中国工程院院士、西北工业大学教授张立同,由于开发出比铝要轻、比钢还硬、比普通陶瓷更耐高温的复合陶瓷新材料,获得了已空缺六年的国家技术发明一等奖。这一成果的诞生,打破了国外在此领域的技术垄断,奠定了我国在当代航空航天材料领域的领先地位。

痴心报国

1938年,张立同出生于四川重庆,童年那段国破家亡的逃难经历,在她幼小的心灵中刻下深深的烙印。1956年,她考入北京航空学院热力加工系。毕业后,家在北京的张立同却选择了西北工业大学,全力投入到艰苦的材料科学研究领域,一干就是40多个春秋。

上世纪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达到所要求的尺寸精度和表面光洁度。而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,变形报废率仍高达百分之三十至五十。强烈的爱国精神和忧患意识,使张立同勇敢地承担了“高温合金无余量熔模精密铸造叶片新工艺研究”攻关课题。

经过半年不分昼夜的工作,她从获得的数万个数据分析中,找到了叶片变形规律,成功地攻克了困扰航空熔模铸造生产十几年的刚玉型壳高温变形问题。采用她创造的工艺铸造技术,中国制造出了第一个无余量叶片。

1976年,我国引进英国斯贝发动机专利,其中陶瓷型壳材料、模料和陶芯分属另三个厂家专利,需再花上百万美元去买。张立同毅然地承担起国家这项急需的攻关项目。

那时,地震天灾和人祸使得不少生产部门处于瘫痪状态。但“国家需要”的号令鼓舞着她去克服困难。为了寻找材料的定点厂,她跑遍了铜川矿区,没有设备仪器,自己研制。一天深夜在实验室,因为过度劳累,一不小心被喷出的高温蜡糊住了双眼,眼球被烧伤。可是第三天,眼伤未愈,她又扎进了实验室。凭着这种拼命精神,张立同带领课题组经过一千多个日日夜夜的奋战,用铜川上店土型壳材料铸造成功我国第一批高精度、低粗糙度的低压一级无余量空心导向叶片。外国公司的专家以怀疑的态度将上店土型壳材料、模料和叶片带回国鉴定。在精确的测试数据面前,专家们信服了。从此,我国的熔模铸造水平进入了国际先进行列。

呕心沥血

根据国际航空航天材料的发展趋势和多年从事高温陶瓷材料研究的实际经验,1987年,张立同凭着一个优秀科学家特有的敏锐,果断地提出了发展航空航天高温结构陶瓷的新方向。两年后,张立同作为高级访问学者来到美国NASA空间结构材料商业发展中心实验室,承担了美国未来大型空间站结构用连续纤维增韧陶瓷基复合材料的探索研究工作。她带领美国研究生,用一年半时间研究出三种低密度、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:“张立同教授的才能和工作效率令人吃惊!”

国外研究经历坚定了她发展“具有类似金属断裂行为的连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料”的决心和占领这一高技术领域的信念。1991年,张立同怀着报效祖国的强烈愿望带着国外的研究成果回到西北工业大学。

万事开头难。张立同带领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年冬天,西安的天气格外寒冷,为了调试热压炉,他们在冰冷的实验室度过了春节。

正当张立同和同事们艰苦攻关的关键时刻,下海经商的风气又给张立同课题组带来了新考验。她发动大家进行了热烈讨论:“我们要发挥群体力量去赚钱,积累资金,稳定队伍,等待机遇发展陶瓷基复合材料”。团结就是力量。他们采取“航空为本、重点突破、军民两用”的发展策略,很快就在高温陶瓷材料的应用开发上取得了很好的经济和社会效益。利用开发新产品获得的20万元,自行研制了一台小型设备,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虽有了进展,但在把实验型技术与设备向工程型转化时,遇到了意想不到的困难。几乎使张立同课题组对CVI工艺丧失信心!1995年,国际CVI碳化硅陶瓷基复合材料的技术鼻祖Naslain教授被盛情邀请到西工大,希望能给予点拨和指导。Naslain教授在看过他们研制的设备后,毫无表情地说了两句话:“我掌握CVI工程化技术花了20年,你们至少要用10年”。

勇攀高峰

张立同课题组的师生夜以继日地干在实验室,却做不出一炉性能合格的试样。不怕失败,就怕没有恒心,没有创新!在三年的时间里,他们先后做了四代CVI设备,试验了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。中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。

如今,张立同拟与其他高校相关科研团队合作攻关,全面攻克复合材料之关键原材料的研发与制备技术。

张立同又向新的高度攀登!