材料“尖兵” 助力國防

本刊記者 謝更好

材料“尖兵” 助力國防

本刊記者 謝更好

主要從事在高應變率載荷條件下高性能金屬結構材料（鈦合金、鎳鎢合金）的微觀組織結構演化、高純度難熔金屬（鎢、錸、鈮等）的化學氣相沉積以及醫(yī)用鎂合金等幾個領域開展工作。曾獲國防科技進步獎一等獎1項、二等獎1項，中核集團科技進步獎一等獎1項，《中國有色金屬學報（英文版）》優(yōu)秀學術論文獎一等獎1項。

國泰民安須思危，富國強兵防未然。北京理工大學教授譚成文說：“我們希望能夠通過自己的力量，為國防事業(yè)，為國計民生做一點貢獻”。樸實的話語飽含著深沉真摯的家國情懷。

懷揣著這份情懷，譚成文一直致力于極端環(huán)境下金屬材料的研究，他在高應變率載荷條件下高性能金屬結構材料（鈦合金、鎳鎢合金）的微觀組織結構演化、高純度難熔金屬（鎢、錸、鈮、鉭等）的化學氣相沉積幾個領域開展工作。

這些年來，譚成文及其團隊突破了空間核反應堆熱離子燃料元件大尺寸鎢單晶涂層制備技術，使我國成為繼俄羅斯之后世界上第二個可以生產(chǎn)大尺寸鎢單晶涂層的國家；研制了我國第一代超聲速導彈半穿甲戰(zhàn)斗部殼體高抗絕熱剪切破壞鈦合金，實現(xiàn)了戰(zhàn)斗部毀傷效能的跨越式發(fā)展；開發(fā)了難熔金屬/稀貴金屬常壓化學氣相沉積制備技術及前驅(qū)體回收再利用技術，打破了相關領域關鍵部件的國外壟斷。

天下興亡，匹夫有責

梁啟超先生在《新民說》中提到：“若無國防，則國難屢起，民將不得安其業(yè)”。當下的中國社會，經(jīng)濟文化繁榮，人民幸福，但是不容否認，社會發(fā)展過程中諸多矛盾、問題盤根錯節(jié)，國家安全和社會安定仍然面臨諸多威脅與挑戰(zhàn)。

國防之重，重于泰山；而國防之要，要在武器。

國人一定不會忘記，萬眾矚目的閱兵儀式上，我軍一大批新型現(xiàn)役主戰(zhàn)裝備逐一亮相，展示了強大的國威軍威，展示了當代中國國力之強大，舉國振奮，世界為之震驚?！伴啽缴险故镜南冗M武器對于穩(wěn)定周邊局勢，震懾敵對勢力起到了非常重要的作用。”譚成文自豪地說道，“我們參與研制了我國第一代應用于超聲速反艦導彈戰(zhàn)斗部的高抗絕熱剪切破壞鈦合金，這項研究為我國高性能導彈的跨越式發(fā)展做出了重要貢獻”。

導彈戰(zhàn)斗部是導彈武器系統(tǒng)的有效載荷，對目標的毀傷效能主要靠戰(zhàn)斗部的性能來保證，因此導彈戰(zhàn)斗部對其殼體材料提出了極高的綜合性能要求。而隨著技術的不斷進步，導彈的著靶速度正成倍地飛速提高，大量的導彈著靶速度已經(jīng)突破亞音速，進入超聲速甚至超高聲速。因此，導彈戰(zhàn)斗部殼體結構材料處于高壓、高溫和高應變率極端環(huán)境下，材料的力學行為與準靜態(tài)環(huán)境顯著不同，常規(guī)的材料設計思想已經(jīng)無法滿足使用要求。基于此，在前輩科學家的工作基礎上譚成文及其團隊提出了高速碰撞環(huán)境下應用的金屬材料的新的設計思想和評價技術，參與研制了我國第一代應用于超聲速反艦導彈戰(zhàn)斗部的高抗絕熱剪切破壞鈦合金。

對于鈦合金的絕熱剪切變形及斷裂破壞等的研究，國內(nèi)外已開展了很多。國內(nèi)的相關研究工作在國際上也有相當?shù)挠绊懥Α５暗难芯慷嗉杏诨A的材料學及力學問題，而與具體應用的結合很少。

“研究初期，我們遇到了較大的困難，可以說屢受挫折?！弊T成文說道。早期所用的研究材料總是不能達到預期，而且時間緊張，任務艱巨，團隊的每一個人壓力都很大。這種情況下，譚成文和他的團隊只能不斷嘗試，一次又一次重新來過，他們幾乎將幾十年該領域的研究成果重新梳理一遍，從中不斷總結經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)細節(jié)。

在研究過程中，譚成文和他的團隊選用了多種不同組織和組織細節(jié)的鈦基合金作為研究對象，研究其絕熱剪切變形斷裂行為，并且為了更全面地對此問題進行探討，甚至選用了同樣是六方結構的鎂合金和其他類型鈦合金進行對比研究。

譚成文說，“這個研究過程盡管艱辛卻有著重要的意義，只有在研究過程中，我們才能對自己的研究結果逐步清晰”。他們發(fā)現(xiàn)了相對于層片組織的鈦基合金，具有雙態(tài)組織的合金抗絕熱剪切破壞能力更強；探索出了組織細節(jié)（如板條寬度、纖維取向等）對于鈦基合金中絕熱剪切現(xiàn)象的影響；揭示了具有等軸、雙態(tài)及層片組織鈦基合金中絕熱剪切帶的分叉、交截等作用規(guī)律，并建立了絕熱剪切帶分叉及交截作用過程模型；發(fā)現(xiàn)鈦合金在沖擊環(huán)境下的一種主要破壞方式（層裂）與絕熱剪切現(xiàn)象并無必然聯(lián)系。正是這些研究發(fā)現(xiàn)，最終幫助譚成文和他的團隊實現(xiàn)了突破創(chuàng)新。

此外，還有其他一些困難，比如對鈦合金絕熱剪切帶相互作用規(guī)律研究過程中，需采用透射電子顯微鏡對某些特定位置進行觀察研究，但是，采用傳統(tǒng)的透射電子顯微鏡試樣制備方法無法達到精確定位的要求。為了解決這個困難，譚成文和他的團隊積極奔走，在與外單位的協(xié)調(diào)和合作中，選用了先進的聚焦離子束方法精確制備透射電子顯微鏡試樣，試樣質(zhì)量及制備效率均較高，最終滿足了研究所需。

正所謂功夫不負有心人，正是這樣一步步的研究探索，在失敗中不斷嘗試并勇于創(chuàng)新，譚成文和他的團隊圓滿完成任務，最終研制了我國第一代超聲速導彈半穿甲戰(zhàn)斗部殼體鈦合金，此方向獲國防科技獎一等獎、二等獎各一項。

近期，譚成文和他的團隊又研制了戰(zhàn)斗部用鎳基高強韌合金等新型材料，克服了高速鉆地戰(zhàn)斗部采用超高強度鋼侵徹能力不足的問題，是未來超高聲速導彈戰(zhàn)斗部的優(yōu)良備選材料。

先賢顧炎武早就發(fā)出了“天下興亡，匹夫有責”的吶喊，譚成文和他的團隊可謂身體力行。在自己的研究領域，他們肩負起天下興亡的匹夫之責，并且從未止步。

國計民生，家國情懷

隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，飛行器對電源的要求越來越高。從衛(wèi)星對電源功率的需求考慮, 已從最初的幾十瓦發(fā)展到目前的幾十千瓦甚至更高，并且每過十年電源功率需翻一翻。目前可知的能適合大功率長壽命衛(wèi)星應用的電源只有太陽能和核能電源。

譚成文說：“未來的太空武器需要更大功率( 幾百千瓦直至兆瓦級) 的電源，熱離子空間反應堆電源就成為首選電源之一?！睙犭x子空間反應堆電源具有功率/質(zhì)量、功率/體積和功率/面積比高，并具有短期功率提升能力, 適用于用作中低軌道的大功率軍用偵察衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星、軍用通信衛(wèi)星。由于其表面積小、質(zhì)量輕，因此姿態(tài)控制比用電池陣的太陽能電源的衛(wèi)星要穩(wěn)定, 能使偵察目標的定點更精確, 衛(wèi)星照片更清晰。此外還有衛(wèi)星的機動性,戰(zhàn)時生存能力強等優(yōu)點。如果和電火箭配合，可進行衛(wèi)星的變軌。

目前，俄羅斯在此領域處于國際上的領先水平，是世界上唯一實現(xiàn)熱離子空間反應堆電源應用的國家。我國于上世紀70年代即開展了此領域的研究工作，但受制于基礎工業(yè)落后的限制一直未取得實質(zhì)性進展，其中陰極鎢單晶涂層制備技術未能突破是主要的原因之一。

“我們通過與兄弟單位密切合作，實現(xiàn)了鎢單晶涂層化學輸運沉積制備技術的根本性突破，使我國成為繼俄羅斯后世界上第二個擁有此技術的國家，為我國大功率長壽命空間核電源的研制提供了關鍵材料奠定了重要基礎”。

譚成文說：“我們一直致力于材料研究，國防應用是其中的一部分，我們也在更多地思考，希望將研究成果更多地推廣到民用領域，能為國計民生貢獻自己的力量”?；谶@樣的研究目標，譚成文和他的團隊開發(fā)了高熔點金屬鎢、鉬、鈮、鉭、鉑和銥等異形、薄壁、多孔制品常壓化學氣相沉積制備技術，成功應用于核工業(yè)、航空、航天和生物醫(yī)用等重要領域。

高熔點金屬材料構件通常采用粉末冶金成形，但是航空、航天等領域通常應用的是復雜的異形件、薄壁件或涂層，生物醫(yī)用領域則多采用多孔形式，采用粉末冶金成形工藝幾乎不可能實現(xiàn)。譚成文教授及其團隊通過十余年的不懈努力，突破了氟化物前驅(qū)體制備技術、化學氣相沉積難熔金屬制品高效制備技術、貴金屬循環(huán)利用技術等多項關鍵技術，成功制備了鎢薄壁加熱體、錸/銥復合噴管樣件、Pt/Al和MoSi2抗氧化涂層、多孔鉭種植體樣件等多種高端難熔金屬制品，并逐漸推向市場應用，將很快結束國外在相關領域的壟斷。

譚成文和他的團隊一直秉承著這份家國情懷從事科學研究，在科技強國，國防強國的路上，他們一直在努力。

傳道授業(yè)，科教興邦

“我除了是一名科研人員，還是一名大學教師?！弊T成文說道，“個人的科研力量是非常有限的，我真正希望的是培養(yǎng)一批國防材料領域的尖端人才，讓他們真正實現(xiàn)科教興邦的理想?！?/p>

如今，譚成文在北京理工大學擔任教授，帶領著自己的科研團隊，邊做科研，邊教書。

對于本科生的教學，譚成文表示：“要盡可能培養(yǎng)學生的學習興趣，夯實基礎”。譚成文對于教學工作極為認真，多年來一直承擔本專業(yè)核心專業(yè)基礎課的講授，并盡可能將理論結合科研實踐深入淺出地教授給學生，便于學生接受。

團體合影

他常常與學生溝通，解答學生在專業(yè)學習中的困惑，幫助學生解決實踐中遇到的問題，注意發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)潛在人才?！坝行﹥?yōu)秀的大三學生，我會讓他們參與到科研當中”譚成文說：“較早接觸科研實踐，能夠幫助他們打好科研的基礎，幫助他們更快地成長?！笔聦嵶C明，本科生在科研實踐中的表現(xiàn)是非常優(yōu)秀的，在他課題組走出的本科生很多進入國內(nèi)外最好的大學繼續(xù)深造。

另外，在譚成文的科研團隊成員中，除了知名的前輩、教授、各領域?qū)＜抑?，還有博士生、研究生?！皩τ诓┦可?、研究生的培養(yǎng)，我更希望他們接觸最前沿的知識和信息，培養(yǎng)他們獨立思考和創(chuàng)新的能力?！弊T成文這樣說道。

在科研項目的研究過程中，譚成文很注意對學生的引導和鼓勵。他常常和學生一起動手實踐，一起討論問題，傾聽學生的見解，和他們分享自己的心得。譚成文表示，“我喜歡和他們一起動手實踐，在科研中我們是最快樂的”。

在這個團隊中，大家分工明確，又團結合作，科研氛圍活潑有序，遇到問題大家一起解決，有了成果大家一起分享喜悅。學生不僅可以與該領域?qū)＜医涣鲗W習，還可以獨立思考，動手實踐，在科研過程中邊學習邊成長。他的學生表示“正是在科研中不斷實踐，不斷嘗試，不斷解決新的問題，讓我們感受到了科研的快樂”，在這種培養(yǎng)模式下，學生成長進步很快。

“教書育人，對于我而言，是一份責任”。在譚成文看來，國防材料領域的科研、教學工作，最終目的是解決國防需求，為國計民生培養(yǎng)尖端人才。科教興國是幾代人的夢想，而他，正走在實現(xiàn)夢想的道路上。

專家簡介：

譚成文，1977年生，北京理工大學材料學院教授、博士生導師。2004年畢業(yè)于北京理工大學，獲博士學位。中國機電產(chǎn)品進出口評標專家組成員，國家自然科學基金通訊評議人，國際期刊Materials and Design、Materials Characterization、Journal of Physics and Chemistry of Solids、Materials Science and Engineering A、Journal of Visualized Experiments、Materials Science and Technology以及國內(nèi)期刊《有色金屬學報》《兵工學報》《火炸藥學報》等期刊審稿人。