創(chuàng)新科技保駕航空安全

李明輝

近年來，世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長，化工新材料、微電子、光電子、新能源成了研究最活躍、發(fā)展最快的新材料領(lǐng)域，材料創(chuàng)新已成為推動(dòng)人類文明進(jìn)步的重要?jiǎng)恿χ?，也促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級。在中國新材料研究領(lǐng)域，有一個(gè)人因一部電視劇《中國神火》而夢想成為一名從事航空航天事業(yè)的科技工作者；因一位老師說到“材料是未來航空與航天技術(shù)發(fā)展中的重大瓶頸問題”而在大學(xué)時(shí)期選擇了材料系；因在世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)與單晶葉片制造技術(shù)水平最高的英國Rolls-Royce公司（羅羅公司）的見聞與學(xué)習(xí)而選擇了單晶高溫合金制造技術(shù)的研究方向；因一腔愛國情懷而決定在掌握先進(jìn)技術(shù)后回國，實(shí)現(xiàn)自己的科研報(bào)國夢—他就是中國科學(xué)院金屬研究所的單晶高溫合金葉片制造技術(shù)專家周亦胄，他用開拓創(chuàng)新的精神為我國高溫結(jié)構(gòu)材料技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，也為我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步提供了先進(jìn)材料與葉片制造技術(shù)保障。

命運(yùn)的車輪似乎懂得一顆不斷進(jìn)取的心

周亦胄大學(xué)畢業(yè)于清華大學(xué)材料系，先后獲得中國科學(xué)院金屬研究所碩士和博士學(xué)位，并師從為兩彈一星作出重要貢獻(xiàn)的周本濂院士。雖然博士入學(xué)的第一年，導(dǎo)師周本濂因突發(fā)心臟病離世，使得他們研究組的生存與發(fā)展受到了很大影響，但對他的科研生涯也產(chǎn)生了重要影響。

博士畢業(yè)后，周亦胄開始在德國愛爾蘭根大學(xué)從事高溫合金定向凝固研究工作。其間，他對高溫合金定向凝固理論及技術(shù)有了系統(tǒng)的理解和認(rèn)識，知道了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)代表著當(dāng)前人類制造技術(shù)的最高水平。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶渦輪葉片是通過定向凝固技術(shù)制造的，其內(nèi)部需要開辟風(fēng)冷通道，制造工藝極其復(fù)雜，因此被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠。因此，周亦胄一直期望能到世界上航空發(fā)動(dòng)機(jī)與單晶葉片制造技術(shù)水平最高的美國GE公司和英國羅羅公司學(xué)習(xí)和工作。

終于有一天，周亦胄看到了羅羅公司在全球公開招聘一名研究人員的信息，并在激烈的競爭中脫穎而出。在領(lǐng)略羅羅公司先進(jìn)的單晶高溫合金制造技術(shù)與規(guī)?；a(chǎn)現(xiàn)場的同時(shí)，他把自己當(dāng)作一名學(xué)生，從型殼制造、定向凝固鑄造到鑄件組織結(jié)構(gòu)分析，積極參與單晶高溫合金制造的各個(gè)工序與環(huán)節(jié)，并不停地與高溫合金材料及精密鑄造技術(shù)專家們交流討論單晶鑄造缺陷的形成機(jī)制與控制措施。在勤奮學(xué)習(xí)及實(shí)踐中，他不僅對定向凝固理論有了更深入的理解，而且對定向凝固技術(shù)在單晶高溫合金制造上的應(yīng)用有了深刻的體會，這為他后來的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2009年6月，周亦胄作為“百人計(jì)劃”研究員學(xué)成歸國。首先，他在中國科學(xué)院金屬研究所組建了單晶高溫合金制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)我國航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展對單晶高溫合金制造技術(shù)的重大需求，開展單晶高溫合金制造技術(shù)及缺陷控制的研究工作。同時(shí)，他將實(shí)驗(yàn)室的研究模式定位為通過基礎(chǔ)研究來提高單晶高溫合金的工程化制造與應(yīng)用技術(shù)水平，為有效開展單晶高溫合金基礎(chǔ)與工程化研究提供了良好條件。

創(chuàng)新總能帶來意想不到的驚喜

大飛機(jī)項(xiàng)目是我國科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力發(fā)展到一定階段后的強(qiáng)國之路，是中國將以國家意志來發(fā)展航空事業(yè)的體現(xiàn)。但由于作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)“心臟”的單晶高溫合金葉片制造技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，我國的大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)仍然只能采用定向柱晶葉片，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、壽命與可靠性亟待提高，也嚴(yán)重阻礙我國發(fā)展推力更高的下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的步伐。

為了解決這一問題，周亦胄帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開展了雜晶、小角晶界晶粒、取向偏離、再結(jié)晶、型殼反應(yīng)、表面疏松、熱裂紋等單晶葉片典型冶金缺陷形成機(jī)制的基礎(chǔ)研究，然后根據(jù)這些缺陷的形成機(jī)制提出了工程上行之有效的控制措施。在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)，分析完海量的信息后，他設(shè)計(jì)出了科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方案，并一步步實(shí)現(xiàn)了單晶葉片制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，成功研制出多種不同類型的單晶葉片，解決了多種單晶葉片從無到有的問題，為中航工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)公司以及航天科工集團(tuán)多個(gè)新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提供了葉片保障。其中標(biāo)志性的一項(xiàng)成果就是首次采用我國最新型的第二代單晶高溫合金成功制備出了中航工業(yè)新型發(fā)動(dòng)機(jī)中的單晶高壓渦輪工作葉片。該葉片在試車考核中表現(xiàn)優(yōu)越，標(biāo)志著我國在復(fù)雜結(jié)構(gòu)單晶葉片的制造技術(shù)上取得了重要進(jìn)展。此外，他們研發(fā)出的多項(xiàng)單晶葉片鑄造技術(shù)還以技術(shù)轉(zhuǎn)移的方式推廣到了中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司，推動(dòng)了我國單晶高溫合金葉片鑄造技術(shù)的進(jìn)步。

鑒于周亦胄在單晶高溫合金及葉片方面卓有成效的研究工作，他在2014年獲得中國科學(xué)院“優(yōu)秀百人計(jì)劃”，在2016年入選了“國家中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”、遼寧省“百千萬人才工程”百人層次人才，并獲得遼寧省直機(jī)關(guān)“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆钡葮s譽(yù)。

高溫合金葉片制造過程中會產(chǎn)生很多廢料，為了緩解因高昂的材料價(jià)格給我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片制造帶來的巨大壓力，周亦胄還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)積極尋找降低成本的技術(shù)路徑，并提出了從高溫合金廢料中回收再利用高價(jià)值金屬元素的思路。通過不辭辛苦地到全國各地找資源循環(huán)利用專家進(jìn)行討論與反復(fù)論證，他最終確定了采用電化學(xué)溶解法多步分離提取高溫合金廢料中高價(jià)值金屬元素的技術(shù)路線。隨后，他在金屬研究所組織起一支具有電化學(xué)腐蝕與化學(xué)分離提取研究背景的科研隊(duì)伍，探索了高溫合金廢料電化學(xué)溶解、沉淀分離、萃取分離、離子交換分離、金屬化合物重結(jié)晶提純、金屬化合物氣體還原等環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。

經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索，周亦胄與研究團(tuán)隊(duì)建立起了從高溫合金廢料中分離回收各種高價(jià)值金屬元素的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了從高溫合金廢料中分離回收錸、釕、鉭、鎢、鉬、鈷、鎳等金屬元素的目標(biāo)，同時(shí)形成了與之配套的高溫合金低成本制造技術(shù)，該技術(shù)可使含錸、釕單晶高溫合金的制造成本顯著降低。此外，他還牽頭成立了沈陽市稀貴金屬再生循環(huán)利用工程技術(shù)研究中心，為沈陽市的汽車、電子、能源等行業(yè)提供從廢棄物中獲取稀貴金屬資源的相關(guān)技術(shù)和服務(wù)，為推動(dòng)遼寧地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了作用。

航空航天強(qiáng)國夢的實(shí)現(xiàn)需要科技的支撐，航天航空事業(yè)的安全更是關(guān)乎國計(jì)民生和國家安全，周亦胄愿做這樣的守護(hù)者，用自己的知識和汗水筑起一道堅(jiān)固的“城墻”，用科技的力量讓中國人飛得更高，飛得更遠(yuǎn)！