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西工大周万城:“航空发动机用特种功能材料”的开拓者

  中国教育在线    2019-01-08    

  中国教育在线讯 在迅猛发展的中国科技领域,涌现出无数个顶天立地、铮铮铁骨的科学家,他们穷尽毕生精力,创造了中国科技的无数个从0到1;他们以强烈的民族自信和家国情怀,让中国崛起于世界强国之林——著名高温功能材料专家、西北工业大学材料学院教授周万城就是这样的一位科学家。

  周万城,我国高温特种功能材料研究的先驱者之一。20多年来,他带领团队披荆斩棘,走出了一条完全自主创新的道路,为我国攻克了一系列尖端材料技术难题,填补了国内空白。因在材料领域的特殊贡献,其先后荣获军队科技进步一等奖1项(2008年)、国家科技进步一等奖1项(2010年)、“十一五”全军后勤重大科技成果奖1项(2011年)、国防技术发明一等奖1项(2017年),以及省部级二三等奖10余项。发表学术论文300余篇,被SCI收录300余次。获得授权国家和国防发明专利50余项。

  日前,历经22年的艰苦攻关,周万城主持完成的《航空发动机用特种功能材料》项目荣获2018年度国家技术发明二等奖。22年铸一剑,这个奖拿得太不容易!然而,周万城却告诉记者,“能够为国家攻克尖端材料技术难题,比拿奖更值得欣慰;我们的材料能够显著提升国防尖端装备性能,就是对我们的最大回报!”

  22年酿成的成果,有着怎样的艰辛、漫长与执著?!

  “咬定青山不放松,千磨万击还坚劲”

  22年来,心无旁骛,不追名不求利,只图把国家急需的这件事干好。在周万城看来,“咱们只是在国之重器里面做了一点儿有用的工作,只是为国家做了自己应该做的事。”

  当记者和周万城及其团队成员面对面,敏于行而讷于言的他们,没有宏篇大论,也没有侃侃而谈,唯有朴素的语言、白描般的讲述,唯有漫长的坚持、不断的创新后“破茧成蝶”的淡淡喜悦。

  “当初是如何想到要从事这种‘特种功能材料’的研究的?该材料的研究如此艰难,期间有没有想过另辟蹊径、另择坦途?”记者问。

  “1996年,国家材料领域的一个专家组组长在西工大材料学院做了一场报告,提到国家急需这方面的材料,于是我们就开始调研,最终把这种材料作为我们的主攻方向。”周万城说,陆续有多家单位开展了这方面的研究工作,但是他们干了几年后多数都放弃了。

  “事实上,我们也是在无意中担起了这个任务。既然这是国家急需的材料,无论多难也得把这个任务完成。”周万城说。

  该材料的研究难在哪里?首先,陶瓷涂层与金属工件的膨胀不匹配,工件在工作过程中经过激冷激热后会导致陶瓷涂层剥落;其次,陶瓷涂层要在高温下具有所需要的功能很难实现;再次,陶瓷材料在高温下长期工作以后其内部结构会发生变化,从而导致材料性能改变。

  “要同时解决这三个难题,难度非常大。”周万城说,“虽然研究过程中困难重重,但难归难,我相信我们有能力克服它;我坚信,外国能够做出来,我们也一定能够研究出来,满足我国对这类关键材料的需求。”

  刚起步时,一间16平米的实验室和一台经常出毛病的热压炉,是周万城研究的全部“家当”。仅凭这样的条件开展尖端材料的研究谈何容易?

  “最初的那些年,尽管实验设备简陋、科研经费很少、只有一位博士生,但我们坚持着,想尽一切办法,克服一切困难地去做。”于是,一坚持就是22年!

  罗发教授,第二获奖人,周万城教授的博士生。当年博士毕业后,有多家国内外单位对他伸出了“橄榄枝”,国内有家单位甚至把给他的房子连家具都配齐了,但是因为导师周万城的一句话,他留下了。

  “我们的研究工作是国家的急需,也是我们人生价值的最好体现,但研究难度很大,需要我们通力合作才有可能获得突破。”在日后的艰难时刻萌生退却意念时,罗发总是想起周老师当年对他说的这句话。“回头看,当年选择这一研究方向是冒着很大的风险的,要是失败了,可能是败得一塌糊涂,什么也没有。”

  周万城坦言,在研究中也曾走了一些弯路。“最初五年的研究,我们很快就获得了高温性能优良的涂层材料,但是进一步研究发现,只解决材料的高温性能问题是远远不够的。因此,必须放弃原来研究的材料,从根本上重新研究新的材料体系。新的材料体系同时具有了好的高温性能、好的高温长期稳定性和好的抗热震性能,但进一步研究发现,材料在高温下和发动机燃气组分发生反应,进而导致涂层碎裂剥落。因此,这个材料体系也只能放弃,必须再建构新的材料体系……”

  “艰难困苦,玉汝于成。”周万城团队就是在不断“解决问题-发现问题-再解决问题”和“新思维-新技术-新思维”的循环往复的突破创新中,攻克了数不清的技术难题,终于研究成功一个完整系列的新材料,解决了国家国防装备发展中的一个关键问题。

  “咬定青山不放松,立根原在破岩中。千磨万击还坚劲,任尔东西南北风。”——清代画家郑燮的《竹石》诗,不正是周万城团队的坚持、信仰和操守的真实写照么?

  “疾风烈火见真金 皓首扬鞭再建勋”

  “装备发展,材料先行。”材料是国家经济建设和国防工业建设的基础,每一次材料性能的提高都会带来装备性能的大幅提升,甚至带来装备的更新换代。

  周万城团队研究的高性能高温功能材料就是现代国防装备跨代发展的一种标志性新材料。其发明的一个完整系列的高温功能材料,由国家国防科工局组织的技术鉴定认为,“研究的综合技术水平达到国际先进水平,一些材料达到国际领先水平”,为我国尖端装备的更新换代和跨越式发展做出了卓越贡献。

  周万城团队的“硬技术、硬志气和硬精神”从何而来?

  “客观地说,我没有远大的抱负,也没有宏大的目标,只是一直以国家重大需求为牵引,把准前进方向,坚持问题导向,然后踏踏实实、持之以恒地去做,一个难题一个难题地去攻克,如此这般,自然行稳致远,自然前途光明。”周万城如是说。

  新材料的研究过程对周万城团队来说,就是一个锲而不舍、砥砺奋进、不断超越的过程,就是一个不断创新思路、创新方法、创新技术的过程。“新材料的研制一定要有独特的思路、独特的方法和独特的技术方能突破种种难题。”他强调说。

  周万城给记者讲述了两个技术攻关途中的故事。透过这两个故事,或许“管中窥豹,可见一斑”——

  一个是“生死攸关”的故事

  要研制一种新材料,必须要有该材料性能测试设备配套。1998年,因承担国家“高温功能材料测试设备研发”的其他团队研发工作失败,周万城的高温功能材料研究无法进行性能评估,课题只能搁浅。

  “国家急需这种材料,却卡壳在这个测试设备上,怎么办?”周万城心急如焚。他当机立断,决定自筹经费研发相关测试设备!经过近一年时间的攻关,终于成功开发出了一台高性能测试设备,使该材料的研究才得以“起死回生”。这台关键设备至今还在使用,成为高温功能材料研发的基础手段。

  “我们能够发明这台设备,主要靠的是我们有别于常规的独特思路。”这台关键设备的研发成功,成为高温功能材料研究里程中的一个标志性事件。

  另一个是“柳暗花明”的故事

  一种材料在实验室研制成功了且性能很好,但真正到工程上应用的时候,往往还会出现一些意想不到的问题。“2016年,就出现过一次薄膜脱落的问题。如果不能在短时间内攻克这个难题,国家的这个装备就会面临下马的可能,当时情况非常严峻,压力可谓巨大。”

  问题究竟出在哪儿呢?“后来的事实证明,不是我们的材料问题,也不是工艺问题,是对方工件的表面状态出现了改变,与以前的工件不一样,薄膜材料必须适应新的工件表面状态,这是一个必须重新研究的新问题。”

  周万城连续主持召开了三次课题组会议,讨论解决方案。根据工件的特殊情况,经过严格的理论分析后设计了十几种方案,然后逐一试验。团队成员黄智斌副教授(第四获奖人)一直“泡”在现场,每天只能睡上一两个小时,没日没夜地做试验,奋战了20天,终于攻克了这个难题。

  回首漫漫科研路,“天翻地覆慨而慷”。

  经过211工程和985工程建设,周万城团队已从最初的“一师一生”壮大到7位教师(3位教授博导、4位副教授)和30多位在校研究生(包括博士生和硕士生),实验室由最初的16平米扩展到1200平米,实验设备也由最初的一台热压炉发展到300多台(套),在实验室几乎可以完成自己想做的所有研究工作。

  “团队的主攻方向十分明确,就是要解决国家尖端材料的技术难题。国家需要什么材料我们就研究什么材料,在我们所在的研究领域,哪种材料是国家需要的,做了这么多年,已经很明白。”周万城自豪地说,“国家需要的本领域高温系列材料,我们基本上都在研究,有些是完全成熟的,有些是将要成熟的,有些是半成熟的,还有一些战略新材料也在研发中。”

  周万城团队是西工大材料学院公认的“和谐团队”。“任何一项重大创新都离不开团队成员的精诚协作,一个团队只有心往一处想、劲往一处使,才能无往而不胜。”周万城感触尤深地说。在他看来,是共同的价值理念和精神追求把他们紧紧地维系在一起。他十分欣慰地告诉记者:“我这个团队的老师都是典型的实干家,都是干实事的,也跟着我一块儿不追名不求利,就追求把国家急需的这件事做好。”

  时刻把责任扛在肩头,周万城团队以惊人的毅力和超常的付出,一次次向科技前沿发起冲击。尽管取得了一系列成果,当他们面对家人都深感歉疚。“经常出差,没有节假日,每晚11点以后才回家,这是我们的工作常态。我很感谢团队成员的支持,也很感激我的爱人孙晓梅对我的理解,是她包揽了全部的家务并照顾我的饮食起居,让我得以全身心地投入我热爱的研究工作中,我的‘军功章’也有她的一半儿。

  2019年1月8日,在中共中央、国务院隆重举行的2018年度国家科学技术奖励大会上,周万城作为项目第一完成人受到党和国家领导人的亲切接见。他即兴赋诗一首:“奋斩荆棘廿二春,疾风烈火见真金。高山跬步安能懈,皓首扬鞭再建勋。”

  为国家需求做科研,周万城乐此不疲。今年已经65岁的周先生,他说他的精力和体力还允许他继续工作,他还有信心再为国家做出一些国际领先水平的科研成果。他认为,“能够实实在在地为国家做成一件事,这辈子就没有白活。”(通讯员 吴秀青)

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