十年磨一劍———抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)研發(fā)記

    2005年春,國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京人民大會(huì)堂隆重舉行,連續(xù)6年空缺的國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)終有得主,我國著名材料學(xué)家、西北工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究中心主任、中國工程院院士張立同教授課題組研制的,抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)獲得此項(xiàng)大獎(jiǎng)。

    1991年,西北工業(yè)大學(xué)張立同教授組建了一支科研團(tuán)隊(duì),展開特種高溫陶瓷、航空航天結(jié)構(gòu)陶瓷及其復(fù)合材料的研究。這個(gè)團(tuán)隊(duì)有32人,其中教授7人、副教授3人、高級(jí)工程師2人。他們懷著愛國之心和報(bào)國之志,白手起家,艱苦創(chuàng)業(yè)。研究初期經(jīng)費(fèi)困難、缺少研究設(shè)備,他們因陋就簡(jiǎn)自制了一臺(tái)熱壓機(jī)。1993年課題組研制出一臺(tái)纖維增韌碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制作的小型CVI爐。

    初步的數(shù)據(jù)令人鼓舞。而當(dāng)把實(shí)驗(yàn)型技術(shù)與設(shè)備向工程型轉(zhuǎn)化時(shí),困難接踵而來。1995年國際CVI碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的技術(shù)鼻祖、法國波爾多大學(xué)Naslain教授在西工大看過他們研制的設(shè)備后,毫無表情地說:“我掌握CVI化技術(shù)花了20年,你們至少要用10年!

    張立同率領(lǐng)課題組夜以繼日泡在實(shí)驗(yàn)室,很長時(shí)間沒有做出一爐性能合格的試樣,“九五”中期檢查時(shí)差點(diǎn)被亮黃牌。

    失敗更增加了斗志。他們先后做了4代CVI設(shè)備,試驗(yàn)了400余爐次,1998年底終于制備出第一批性能合格的試樣。1年后全面突破碳化硅陶瓷基復(fù)合材料制造工藝與設(shè)備的一系列核心技術(shù),建成我國第一個(gè)超高溫復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室。采用該技術(shù)制備的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件在不同發(fā)動(dòng)機(jī)上一次試車成功,材料性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。從此,打破了西方國家對(duì)我國的封鎖,中國繼法國和美國之后,成為世界第三個(gè)全面掌握碳化硅陶瓷基復(fù)合材料CVI制造技術(shù)及其設(shè)備的國家。

    抗氧化陶瓷基復(fù)合材料是一種新型戰(zhàn)略性熱結(jié)構(gòu)材料,具有比鋁還輕、比鋼還強(qiáng)、抗氧化燒蝕等特點(diǎn),替代金屬材料可節(jié)約20%~30%的航空航天器燃料,對(duì)一個(gè)國家發(fā)展先進(jìn)的航空航天裝備具有關(guān)鍵作用,同時(shí)可以推動(dòng)交通運(yùn)輸、新型能源、化學(xué)化工以及機(jī)械等行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。法國和美國在上世紀(jì)90年代進(jìn)入這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用研究,其技術(shù)資料對(duì)我國嚴(yán)密封鎖。如今這個(gè)壟斷終被打破!經(jīng)過近10年刻苦攻關(guān),張立同教授課題組在陶瓷基復(fù)合材料研究領(lǐng)域走出了一條成功之路,突破了材料制造工藝控制難、周期長、成本高、材料性能低且不穩(wěn)定、工藝難以連續(xù)化和嚴(yán)重環(huán)境污染等難題,獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和10項(xiàng)國家發(fā)明專利。