【研究】西工大成来飞教授:陶瓷基复合材料的应用延伸是必然趋势

发布时间:2020-12-18

2020年1月10日上午,西装笔挺的成来飞正站在北京大会堂的舞台前,任凭来自四面八方的闪光灯聚焦在他的身上。手里捧着的红色证书重量虽轻,但这份荣誉在他的心里却沉甸甸。


他主持的“大型复杂陶瓷基复合材料防热构件组合集成制造技术”项目,获得了2019年度国家技术发明二等奖。那天,作为团队的获奖代表,成来飞受到党和国家领导人的热情接见,并上台接受颁奖。

西工大成来飞教授:陶瓷基复合材料的应用延伸是必然趋势

成来飞获奖合影


虽然不是第一次站在领奖台,但成来飞的内心依旧久久不能平静。30多年来,他主持多项陶瓷基复合材料、环境模拟国家重点学科建设,参与超高温结构复合材料重点实验室建设;团队先后获得国家技术发明一等奖1项、国家技术发明二等奖2项,省部级科技进步一等奖4项、省部级科技进步二等奖4项,国家发明专利130余项……


所有的荣誉汇聚成一股力量,打消了外界的一些质疑声。成来飞与团队在实验室夜以继日攻关获得的成果,使我国成为自主掌握陶瓷基复合材料产业化技术的国家。


在《大国之材》的采访中,提起30多年来在陶瓷基复合材料领域与恩师张立同院士的故事,这位已经58岁的教授至今仍记忆犹新,每每讲到激动之处,他明亮的眼睛里总是闪烁着光芒。


01

抢占起跑线


事实证明,成来飞30多年前的选择是对的。

在他的认知里,陶瓷基复合材料是一种全新的结构材料,最大的优点是耐高温。


其实,这类以陶瓷为基体与各种纤维复合而成的复合材料,具有类金属断裂韧性,对裂纹不敏感、没有灾难性损毁,能够在保持传统陶瓷材料耐高温、高强度、低密度等优良性能的同时,克服其脆性大的致命弱点。


与其它复合材料不同,陶瓷基复合材料的成型工艺相对复杂,制备周期长、成本高,对设备的要求高,成品率也难以保证。因此,陶瓷基复合材料通常应用于高精尖领域,尤其是航空航天领域。


据悉,陶瓷基复合材料也被誉为世界航空航天工业发展的核心材料技术,当应用在航空航天的热端部件,这类材料在耐高温性能上具有绝对的优势,因此不少国家已经将陶瓷基复合材料作为新型战略材料。


自1986年获得第一个陶瓷基复合材料专利以来,GE公司在30余年里投入近10亿美元,研究如何利用这种材料在可控成本范围内批量生产。这家企业认为,在航空发动机中可使用陶瓷基复合材料的零件包括导向叶片、整流罩、转子叶片、尾喷口叶片等。


抢占科学技术的制高点,我国也不甘落后。2014年,西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司(以下简称“西安鑫垚”)的碳陶刹车盘项目,在全国创新创业大赛中斩获新材料组行业总决赛第一名。


碳陶刹车盘是近年来发展的一种新型刹车材料,具有密度低、耐高温、摩擦性能高且稳定等优点,在汽车、高速列车、飞机等高能刹车领域具有广泛的应用前景。值得一提的是,西安鑫垚的碳陶刹车盘成本只有国外同类产品的1/3。


而西安鑫垚的技术支持者就是成来飞和他的老师张立同院士。

西工大成来飞教授:陶瓷基复合材料的应用延伸是必然趋势

张立同院士与成来飞


1986年,成来飞硕士毕业,并且已经在成都找好工作,准备开启新的人生征程。也正是这一年,张院士决定根据航空航天材料发展需求第一次调整研究方向,从熔模铸造高温成型陶瓷材料转向高温结构陶瓷材料。


“就在离校前夕,张老师说要做一个新的方向,问我愿不愿意跟她一块干。因为我当时年轻,听说导师要发展新方向,觉得非常具有挑战也很有吸引力,当然愿意!”


在国内外一片高温结构陶瓷热中,张院士很快发现,高温结构陶瓷难以从根本上解决其固有脆性导致的可靠性问题,发展新一代高温结构材料必须另辟蹊径。


1989年,为了寻找突破口,张院士决定去国外访问学习工作,在研究工作中张院士发现连续纤维增强陶瓷基复合材料可以从根本上克服陶瓷的脆性,并且敏锐地意识到这类材料在航天航空领域的巨大应用潜能,她决定回国发展。


1991年,张立同从国外回到西工大时发现,成来飞守住了团队生存和发展的摊子,而且在陶瓷涂层方面开展了一些基础研究工作,在陶瓷基复合材料发展过程中发挥了重要作用。


也正是这一年,我国开启了陶瓷基复合材料的新篇章。


02

突破设备瓶颈


或许从成来飞决定步入陶瓷基复合材料领域那一刻起,他就已经预料到这条道路并不平坦。


“当时外界质疑我们既不是科班出身也没有设备,懂陶瓷的人都不做陶瓷基复合材料,我们凭什么能做出来?”成来飞回忆称,质疑声和设备匮乏的双重打击下,团队的确历经艰难险阻。


由于西方国家对我国实行技术和设备封锁,因此摆在团队面前的第一道坎就是缺乏设备。对陶瓷基复合材料而言,没有设备意味着一切设想和技术都是零。即便如此,团队也从未动摇过,硬着头皮也要做下去。


1994年,团队去俄罗斯访问交流合作,但那时的俄罗斯百废待兴,生活物质极度匮乏。那天中午,接待团队的单位只提供了一杯咖啡和两片薄薄的面包,对成年人而言几乎没有分量。


俄罗斯的冬季漫长而严寒,在返回驻地的路上成来飞又冷又饿几近晕倒,细心的张立同注意到了他的异样。“列车经停地铁站时正好在下雪,张老师下车买了个面包,就给我一个人吃。”


张立同的举动,令成来飞心生暖流,在异国他乡的艰难和恩师给予的温暖,让他更加坚定要做出中国人的设备!


敢下定这样的决心绝非夸海口。早在1983年成来飞读研究生时,所有研究方案和设备都是他亲自动手制作而成。“那时候做设备和现在不一样,除了要自己敲打、焊接,有些零件还要坐几天几夜的火车到上海、北京才能买到。”


回国后,团队立即着手研制设备。在经费拮据的情况下,他们从一台自制的热压机开始研发。昼夜交替,四季轮回,即使是寒暑假和节假日,团队也在厂房改进设备。


“可以说,现在陶瓷基复合材料的基础是我们当初一锤一锤敲出来,一点一点焊出来的。”成来飞向《大国之材》表示。


在几千个日日夜夜里,成来飞与团队从一代设备到二代、三代、四代、五代,历经500余次实验,从无到有做出了5代设备。


1998年底,团队终于制出了第一批性能合格的试样。经过不断改进,这个了不起的团队成功突破了碳化硅陶瓷基复合材料制造工艺与设备的一系列核心技术,推动材料性能达到国际先进水平,用8年时间实现了我国陶瓷基复合材料的跨越式发展。


出乎成来飞意料的是,当初为了试验新技术而破釜沉舟自研设备,如今竟成为我国陶瓷基复合材料自主可控的重要保障。


03

简单即高效


如果说张立同是我国陶瓷基复合材料的开创者和领路人,那么成来飞就是陶瓷基复合材料的开拓者和追梦人。


“我的经历20个字不到,‘1979年进入西北工业大学学习工作至今’。”采访近两个小时里,成来飞提到了22次“简单”。


诚然,在饱受质疑的逆境中探索前行,需要有披荆斩棘的勇气。当被问及为何能30多年如一日坚持研究陶瓷基复合材料时,成来飞认为凭借简单的信念“在这个领域中国不能再落后”,团队拧成一股绳,经过时间的历练自然就攀上了高峰。


人的精力是有限的,要想将一件事做好,除了专注别无他法。成来飞就是如此,只把有限的精力,放在最有价值的事情上,因此他的生活、工作都跟“一”密切相关。

西工大成来飞教授:陶瓷基复合材料的应用延伸是必然趋势

成来飞


“我只忠于一个政党、热爱一个国家、上过一个大学、服务一个单位,做过一件事情。”可以说,他30多年的工作经历,始终围绕着陶瓷基复合材料的技术研发、产业化,推动我国陶瓷基复合材料屹立世界舞台。


我国陶瓷基复合材料至今也走过近30多年的里程,发展势头依旧迅猛,部分应用领域甚至赶超国外。“总体来看,我国陶瓷基复合材料与国外几乎处于并跑,在刹车、飞行器防热等领域我们是领跑的,但在航空发动机领域我国还较为落后。”成来飞介绍道。


目前,西安鑫垚在碳陶刹车盘领域处于国际领先地位,这家企业正准备把陶瓷基复合材料的产业化扩大到高铁、特种车辆等领域。他认为陶瓷基复合材料未来在交通、轨道上面的应用,肯定是一种必然趋势。


如今,我国陶瓷基复合材料的产业化成就硕果累累,其实都在成来飞的计划之中。运用产学研用的思维,他在推动陶瓷基复合材料的产业化伊始,就不断试错并改进,旨在打牢每一步发展基础。


现在,团队已经建立并打通三个平台,形成了一条完整的科研成果转化链条。从西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室做早期技术研发,陶瓷基复合材料制造技术国家工程研究中心做成果转化,最后西安鑫垚负责提供产品量产,三者分工明确,共同推动陶瓷基复合材料产学研用发展。


无论是做科研还是办企业,毫无疑问成来飞都是成功的。但提及他的多重身份,这位向来严肃的科研者笑着说,已经将西安鑫垚董事长的经营管理方面的事务授权其他高管,在企业里他主要提供决策和技术指导。


“我不仅是西安鑫垚的技术指导,更是西北工业大学的一名教师。带领学生继续深入研究新材料,这才是我的主要工作。”崇尚简单的生活和科研态度,成来飞对未来的职业规划越来越清晰。


【个人介绍】

成来飞,杰青、长江特聘教授。西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室主任,陶瓷基复合材料制造技术国家工程研究中心主任,西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司董事长。获全国优秀科技工作者、陕西省优秀教师等称号。973、重点研发计划、重大专项等项目负责人,获国家技术发明一等奖1项、二等奖2项,省部级科技一等奖4项,国家发明专利130余项。

来源:新材料在线官网

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