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来源:党委宣传部

张立同,1938年4月生于重庆,著名航空航天材料专家,教授,博士生导师。1995年当选为中国工程院院士,1998年当选第九届全国人民代表大会代表,2007年当选中国共产党第十七次全国代表大会代表。现任超高温结构复合材料国防科技重点实验室学术委员会副主任和国防科工局科技委委员等。

在高温合金和铝合金无余量熔模铸工艺理论与制造技术、航空航天高温陶瓷材料和高温陶瓷基复合材料等方面进行了开拓性研究。2000年领导创建超高温结构复合材料国家科技重点实验室;2008年创建西工大陶瓷基复合材料工程中心。主持国家和部委级重大和重点项目30余项,曾获国家技术发明一等奖1项,填补了该奖项连续六年空缺;并获得国家科技进步奖及技术发明奖多项。

获授权国家发明专利63项,主编专著2部,发表论文500余篇。培养硕士研究生42名,博士研究生47名。获得“全国杰出专业技术人才”、“国防科技工业杰出人才奖”、“何梁何利基金科学与技术进步奖”、“全国五一劳动奖章”、“全国三八红旗手”、“陕西省科学技术最高成就奖”、“国家中青年有突出贡献专家”等荣誉称号,所领导的超高温复合材料团队被评为我国首个“国防科技工业优秀科技创新团队”。

张立同在实验室工作 西工大宣传部 郭友军摄 影

作为一名航空航天材料专家,张立同以“强我中华”为己任,以国防需求为导向,不断攀登科学高峰。

作为超高温结构复合材料学科方向的领军人,张立同培养了大批高水平创新型拔尖人才。建立了一支甘于奉献、拼搏创新、结构优化的学术梯队,为学科持续发展积蓄了力量。

或许,“向北望星提剑立,一生长为国家忧”,便是她一生追求的最好注解。

为强我中华勇攀科研高峰

1938年,张立同出生于抗战大后方重庆。童年颠沛流离的逃难生活和父亲忧国忧民的爱国情怀,使她体悟到“没有国哪有家”。她常说:“我是抗日战争出生、新中国培养的一代知识分子,责任感与使命感鞭策我前行。”

上个世纪七十年代初至八十年代中后期,张立同主要从事航空无余量熔模精密铸造技术及其相关基础研究。八十年代后期,她根据航空发动机材料发展趋势,开始从事高温陶瓷与陶瓷基复合材料研究。四十余年来,不管从事哪方面研究,她始终瞄准国际前沿,满怀激情探索,从一个高峰攀登至另一个高峰。

请战攻克难关,实践创新知识

上世纪七十年代初期,年仅34岁的张立同带学生到航空发动机厂实习,了解到航空发动机用镍基高温合金熔模铸造叶片因变形、裂纹和夹杂等报废率高达50~70%。变形且增厚的叶身,即使通过工人砂轮打磨,仍有不少叶片达不到要求而报废。当时一片叶片的价格相当于她4个月工资!制备高温合金的镍,更是以“60吨掐头去尾对虾换一吨镍”从前苏联换来的!

面对我国航空熔模铸造的落后状态,张立同坐不住了,强烈的责任心驱使她要去解决这一难题。当时正值文化革命批判唯生产力论,谁敢去钻研技术呢?张立同全然不顾,主动去找430厂总工程师马士英,要求组成厂校攻关组去攻克难关,获得了430厂方支持。

她首先在全国主要航空发动机厂调研,很多技术人员都说叶片变形无规律可循,很难做出结果。但张立同坚信凡事必有规律,她日夜跟班调查3个多月,亲自测量了6批数百片叶片每道生产工序前后的尺寸变化,发现叶片除正常收缩外,出现“叶身向进气边方向弯曲”和“叶身中部变厚”的现象。她推断,前者显然与浇注冷却过程中叶片各部分温度不均匀产生的热应力有关;后者可能与电熔刚玉陶瓷型壳的高温强度不够有关,但是必须找到证据。

为此,她提出“测试浇注和冷却过程中叶片变形部位的温度变化规律,以及与叶片增厚部位对应的电熔刚玉陶瓷型壳的温度变化规律”。在当时国家物质极度缺乏的情况下,攻关组因陋就简,找来6根热电偶埋在熔模和型壳的相关部位,配6个毫伏计和一支秒表,由12人分成六组读温度和做记录,终于获得“叶片浇注冷却过程中高温合金叶片和电熔刚玉型壳温度变化”的完整数据,绘制出我国首条浇注后高温合金叶片冷却过程温度变化曲线和相应的陶瓷型壳升温曲线。张立同据此计算出了高温合金叶片的热应力分布规律,证实了自己的判断。在此基础上,攻关组还成功研制出保温壳体新工艺,降低了叶片进排气边温差,明显降低了叶片变形与裂纹报废率。

同时,她还首次发现1050℃刚玉型壳的高温强度开始下降,1250℃型壳高温强度严重下降,冷至室温后型壳的残余强度却比原始室温强度高数倍。这一结果与人们的传统认识截然相反!为了揭示其中原因,学金属专业的张立同又去钻研陶瓷相图,最终发现了叶片增厚的原因,继而提出发展中温抗蠕变陶瓷型壳材料的思路,研制出具有优异中温抗蠕变性能的廉价陕西铜川上店土陶瓷型壳材料。该材料取代电熔刚玉作为加固层陶瓷型壳材料,引领了我国高岭土类陶瓷型壳材料的发展。

在上述研究基础上,张立同带领攻关组自主发展了无余量叶片熔模铸造技术,并于1976年6月铸造出了我国首批无余量熔模铸造叶片。当时,正值我国引进英国斯贝发动机制造技术,但其中的“无余量熔模铸造技术”属于英国技术秘密,需要高额外汇购买。张立同再次主动请缨,以攻关组自行研制的无余量熔模铸造技术与材料,替代英国相应材料技术,铸造斯贝发动机低压一级无余量空心导向叶片。1980年该无余量空心导向叶片终于铸造出来,持怀疑态度的英国罗罗公司将相关无余量叶片、熔模和上店土陶瓷型壳等拿回英国检测。返回的检测报告称:“叶片的尺寸精度和表面粗糙度符合要求,叶片的熔模是高质量的,上店土陶瓷型壳材料比英国斯贝发动机用的莫罗卡特具有更优异的中温抗蠕变性能,是高级莫罗卡特!”。至此,张立同攻关团队历时六年自主发展的无余量熔模铸造技术终于获得国际认可。

此后,张立同相继与331厂和114厂合作,在国内率先发展泡沫陶瓷过滤材料技术,大幅降低叶片夹杂报废率;率先发展石膏型熔模铸造技术,首次铸造出薄壁复杂整体无余量铝合金铸件。相关成果在1985~1988年分别获得国家科技进步一、二、三等奖四项,将我国熔模铸造技术水平推向国际先进行列。此后,她又根据“晶界工程”原理,研制出具有优良高温抗蠕变性能的电熔莫来石结合刚玉陶瓷型壳材料,从而满足无余量定向和单晶叶片铸造对陶瓷型壳高温抗蠕变性的要求,获航空工业部科技成果二等奖。1989年4月,张立同在美国陶瓷学会年度会上宣读了《提高电熔刚玉型壳高温抗蠕变性能研究》论文,受到国际同行高度评价。

此时,张立同并未止步,深感必须加强相关基础研究。她带领三位硕士生在相关陶瓷的基础研究方面又有突破。1986年,张立同申请的“熔模铸造用高温陶瓷材料的相关基础”获得我国首批国家自然科学基金的支持,也是西工大获得的第一个国家自然科学基金。这都为日后从事高温陶瓷材料研究奠定了坚实基础。

厚积薄发,挑战新领域

上世纪八十年代中期,正值国际高温陶瓷热,主要发达国家在发展航空发动机用高温结构陶瓷,国内也在进行汽车发动机用高温结构陶瓷研究。张立同也开始关注并考虑涉入高温陶瓷材料在航空航天领域的应用。可是,她通过查阅资料和前期研究高温陶瓷材料的实践,对脆性陶瓷用于航空发动机的可靠性产生怀疑……

1987年,我国开始实施863计划,需要研究航天飞机隔热瓦用高纯超细石英陶瓷纤维。张立同独辟蹊径,仅半年就突破高纯超细石英纤维的核心技术,为日后涉入高温陶瓷材料领域又多一份积累。

要发展新方向,必须有新视野。西工大决定派张立同去美国做高级访问学者。美国NASA空间结构材料商业发展中心威廉斯主任很快接受了张立同作为高级访问学者的申请,她兴奋地说:“真是天助我也!”1989年3月,张立同抵美从事大型空间站用陶瓷基复合材料研究。期间,张立同带领两名美国研究生研究出大型空间站用两种连续纤维增强玻璃陶瓷基复合材料,其优异的强韧性使她惊喜不已。她认准,“连续纤维增强陶瓷基复合材料”应该是未来航空发动机不可缺少的低密度、高强韧陶瓷材料。但是,必须具备耐高温、抗氧化、长寿命的特点。当时,美国NASA已有专门计划研究,却对中国人绝对保密!强烈的使命感再次驱使她回国发展这种难度极高的陶瓷基复合材料。

1991年元月张立同回国。一方面,她带领留校的两个学生为核心组成课题组,开始论证连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料的制备技术路线;另一方面,通过民用课题筹集经费,又先后争取到总装和国家自然科学基金项目的支持,指导研究生成功研究出多种高温陶瓷材料、玻璃陶瓷复合材料和硅碳氮纳米粉等,为进入高温陶瓷基复合材料领域再奠基础。

在论证连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料制备的技术路线中,张立同最终确定发展国际最先进但技术最难的化学气相渗透(CVI)制备工艺及其设备体系。经过两年多日夜奋战,他们通过原理性设备终于制备出手指大小的试样,性能测试表明具有连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的基本性能特征,为后续立项提供了强有力依据。

1995年,高推重比航空发动机用陶瓷基复合材料终于被列入“十二五”国家相关预研计划。张立同申请的“耐高温、长寿命、抗氧化陶瓷基复合材料”恰逢其时,获准立项。项目要求,五年内既要突破陶瓷基复合材料制备关键技术,还要在发动机上验证——这种高速度要求前所未有!

当张立同师生将小炉子放大成可制备小构件的大炉子时,问题出现了。1998年8月预研课题中期检查时,连一炉合格试样都没做出来,差点被亮黄牌。彼时,张立同师生三人酸楚苦辣一起涌上心头,齐齐落泪。失败变动力,当年10月他们终于成功制造出第一批摔不碎的连续碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料试件和航空发动机燃烧室浮壁瓦片试验件,而后又全面突破材料核心技术,形成了具有自主知识产权可工程化制造的工艺与设备体系。2000年,在总装首个基础研究项目支持下,他们又深入研究了该陶瓷基复合材料的环境性能和材料设计基础,研制的数种构件陆续成功通过航空航天环境考核。

功夫不负有心人!“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术研究”获得2004年国家技术发明一等奖,打破该奖项连续六年的空缺,在国内外引起极大反响。我国成为继法国后,世界上第二个自主掌握CVI技术制备碳化硅陶瓷基复合材料的国家。

攀登上又一座高峰后,张立同仍未止步。她带领团队从基础研究、技术创新和应用三个层面规划后续发展,提出陶瓷基复合材料要向“更高温度、更长寿命和结构功能一体化”方向发展,要将材料技术向构件技术转化。

或许,有人认为抓产学研结合成果转化不是研究者该做的事。但张立同深知,战略性、前沿性新材料的成果转化比科研攻关更难。发达国家已有国家为主导的产学研结合的转化模式,但我国尚无相应政策与措施。她决心抓住“获奖”契机争取国家支持,进行产学研结合成果转化的探索。

——2004年4月,张立同向前国防科工委领导提交了“要求支持获奖成果工程化”的建议,立即得到“符合国防基础能力建设,建议予以支持”的批复,以超常速度完成项目论证与立项工作;

——2004年11月工程化关键技术研究项目获国家批准;

——2005年相关硬件建设项目获国家批准;

——2008年在西安阎良建成西工大陶瓷基复合材料工程中心;

——2010年完成三种典型产品的小批量制备关键技术研究与应用验证;

——2011年成立西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司,初步形成以企业为主体,产学研结合的模式,并与航空、航天、核能和民用数十个企业合作,产品被广泛应用,实现将材料技术转化为产品技术的工程化目标。

——2013年国家发改委批准建立陶瓷基复合材料制备技术国家工程中心,并获得国家产业化项目支持,开始向产业转化。


以科学思维做事育人

父亲的影响、中学时代的“三好”教育和“向科学进军”号召,让张立同对科学萌发出极大兴趣。大学的科研与与生产实践,则让她醉心科学事业,树立了“为科技强国奋斗”的人生观与价值观。

张立同常说:“要学会做事,更要做成事”。她以实践论和矛盾论的哲学思想指导科研工作,认真剖析面临的每个科技难题,紧抓其主要矛盾和矛盾的主要方面,再去解决问题,逐渐形成了局部思维与战略思维相结合的习惯。

上世纪八十年代中期,张立同刚涉足高温陶瓷材料领域,就敢于在863领域和专业院所竞争航天飞机隔热瓦用高纯超细石英纤维研制项目。她首先深入生产一线摸清技术情况后,确认以高硅氧玻璃纤维技术为基础获得高纯超细石英纤维的廉价捷径。如何提高纤维纯度和减小直径是关键,她通过周密测试分析,很快找到解决途径。又通过与专业厂所合作发挥各自优势,不到半年就研制出“高纯超细石英纤维”,受到863材料专家组的高度评价,研究成果获航空工业部科技成果二等奖。至今,该高纯超细石英纤维仍是航天器用的主要高温防隔热材料。

张立同也将“要做事,更要做成事”的思维方法传给学生,教导学生要用辩证观点思考问题,善于抓住主要矛盾才能找准研究切入点,才能出亮点、做成事。她要求研究生首先要具有做人的基本素质,如责任感、诚实守信、团队意识、不耻下问和经得起挫折与失败的心理素质;具有做事的基本知识与能力,如查阅和分析资料的能力、发现问题和梳理解决问题的能力、科学设计与实施实验的能力、科学表达与分析实验结果的能力,以及写中、英文论文和写研究报告的能力、与他人交流和沟通的能力。

学生刘佳需要一封推荐信,张立同让他先草拟稿子。刘佳从网上找来一些资料拼凑后交给张立同。张立同看后严肃询问是否从网上抄的,然后自己一字一句写起来,并让刘佳确认是否属实。张立同的认真和严肃让刘佳深感羞愧,让他懂得“做人的基本素质和做事的基本知识与能力”。

身体力行诠释何谓“强我中华”,张立同始终瞄准国际前沿。1995年,她邀请国际CVI法制备陶瓷基复合材料的发明人——法国波尔多大学纳兰教授来校访问。纳兰教授在观看了制备小构件的CVI炉后只说了一句话:“我搞了20年,你们至少要搞10年”。听闻此话,张立同团队悟到研究尚有差距。时隔六年,纳兰教授再次来访。当看到大小形状各异的碳化硅陶瓷复合材料构件时,他震惊了:“你们的发展速度太快了!”“你们的实验室不仅是中国,也是国际先进水平的实验室,这个领域已不能没有中国!”

张立同团队的创业激情和拼搏精神,以及无可辩驳的高水平研究成果,使他们受邀参加了2010年第七届国际高温陶瓷基复合材料会议(HTCMC-7),并作报告。在这次会议上,张立同的报告受到与会者高度评价,其团队也获得了HTCMC-8的主办权。2013年,HTCMC-8成功在西安举行,张立同担任大会联合主席。对于这个由纳兰教授组织发起的该领域最富权威和最具影响力的国际会议来说,前七届举办权基本都由欧美等发达掌握,2013年的会议是第一次由中国举办。这再次昭示:该领域已不能没有中国。

紧扣国家需求,瞄准国际前沿中寻找研究生课题,张立同非常注重培养研究生创新意识和研究能力。1983年,她的第一个硕士生系统研究了Al3O2-SiO2系陶瓷中玻璃相组成变化规律,相关三篇论文均刊于《美陶》受到国际关注。第二个硕士研究生系统研究了熔模铸造用石膏的微结构与性能;第三个研究生系统研究了高温合金与陶瓷过滤网材料的界面行为。

多年来,张立同为国家培养了一批杰出科技人才,多项由研究生参与的国防科研项目获得省部级以上科技奖。博士后叶枫和博士殷小玮获德国洪堡奖学金;潘正伟博士在纳米材料研究领域取得重大突破,研究论文先后在国际权威刊物《Nature》和《Science》上发表。

数十载耕耘,织就一片芳华。张立同已培养近九十名博士和硕士研究生,他们中有人在国外工作,有人已是高校教授和学科带头人,有人是研究院所和企业的骨干,还有人自主创业。“尽管不少人已崭露头角,但我不想以头衔和成就来评价他们。在我眼里他们个个都是好样的,是我永远的牵挂和骄傲!”张立同深情地说。

精心建设学术梯队,推动学科发展

长期丰富的科研工作和人才培养也支撑了学术梯队建设和学科的长足发展。张立同始终把团队建设放在首位,她常说“只有将个人智慧与群体结合起来,才能做成事”,“依靠团队做事是科技发展的时代要求,凡能做成大事的一定是团队”。

在材料学院“985”二期建设中,张立同作为首席专家,组织学院各研究方向带头人讨论确定了航宇材料一级学科平台的发展定位与设想。她倡导打破教研室界限,整合研究方向和队伍,按研究方向建立学科发展平台,促进了学院各方团结与合作,也为材料学院的后续发展奠定了坚实基础。

1991年,张立同根据国际高温结构材料的发展趋势,以超前思维和战略目光决定发展连续纤维增强陶瓷基复合材料这一国际前沿材料新领域。她深知这个领域的艰难性和长期性,必须建立以年轻人为骨干的研究团队。当时正值全国刮起“下海经商”风,高校教师队伍动荡,课题起步困难重重。张立同召集课题组开会讨论“怎么办”。她说:“一条路是积蓄力量,寻找时机发展;另一条路是课题组散伙下海挣钱”。经过热烈讨论,大家一致表示不散伙,并确定了“航空为本,广打基础、重点突破、军民两用”的发展方针。随后,大家齐心协力,仅用一个月攻克了一个高难度的横向课题,获得了20万元的第一桶金,制备了首台用于研究陶瓷基复合材料的小炉子等相关设备。

2013年3月,日本福岛核泄漏事件后,张立同团队受命研制碳化硅陶瓷复合材料核包套管的任务。她深知这不是在完成一个课题,而是在实施国家战略,开拓一个新方向。她为此殚精竭虑,引进新人,构筑持续发展框架。

——这,只是张立同团队发展的一个缩影。数十年来,张立同团队坚持以国家需要为发展动力,团队研究的陶瓷基复合材料已服务于多个国家重大专项,并向民用领域迅速拓展,逐步形成了机轮刹车、航空发动机、航天发动机、轻质结构与防热、核能、光伏与信息等六大领域的陶瓷基复合材料制备技术体系。2000年,西工大超高温复合材料实验室成立;2004年,超高温结构复合材料国防科技重点实验室获得批准立项建设;2008年,西工大陶瓷基复合材料工程中心成立;2013年,以企业为主体的陶瓷基复合材料制备技术国家工程中心获批。现在,以国家重点实验室为主体的材料基础研究平台,以西工大工程中心为基础的工程转化平台和以鑫垚公司为主体的产业化平台,已蔚然成局;以教师和学生为主体的基础研究队伍,以工程技术人员为主体的工程转化队伍和以生产产品为主体的企业队伍,与三大平台相互对应,协作共进,共同解决了前沿性新材料持续创新和成果转化的断链问题。

张立同认为,团队必有核心,有接班人、骨干成员和有发展潜力的年轻人。而选择和培养好接班人,在她看来是比搞课题更难的事。目前,52岁的长江学者、杰青成来飞教授已成长为张立同团队的学科带头人。从上个世纪八十年代以来,成来飞既是张立同科研事业的积极参与者,也是张立同取得科研辉煌的见证者,先后参与和具体主持了多个国家和国防重大项目,获得国家科技进步奖及省部级数项奖励,发表论文百余篇。团队中的六名教授,有三人从国外引进。经过张立同数十年用心经营,团队由当初的3人发展为20余人,先后获得首个国防科技创新团队、首批长江学者创新团队和国家自然科学基金委创新团队。

高水平的科研团队建设,促进高水平科研成果的产生,高水平万博manbetx官网推动了学科稳步发展。2013年1月,教育部发布的2012年材料科学与工程学科评估结果显示,张立同所在的材料科学与工程学科与哈尔滨工业大学并列排名第三(98所高校参评),较2002年的排名第九(49所高校参评),2007年的排名第六(69所高校参评),西工大材料科学与工程学科实现了新跨越。

作为学术带头人和导师,张立同求实创新、治学严谨;作为院士和重大科研项目的主持人,张立同注重引导团队的创新意识与精诚合作。但走近张立同,谈笑风生间,你又能感受到她的细心和热情。

张立同在美国做高级访问学者期间,一位美国电子工程教授请她剖析一种电子材料的功能故障。通过电镜分析,张立同很快给出了答案。这位教授感激之余要支付高额酬金,张立同谢绝了,并淡淡地说“我们中国人更注重友情”。还有一位中国博士研究生在论文中遇到透射电镜制样中的材料难题,张立同立即伸出援助之手,帮他渡过了难关。在中心实验室,同事们钦佩她的为人、品德和学术造诣,称赞她“是一位真正的学者”。

张立同最常说的一句话是“学会欣赏别人、学会检讨自己、学会人与人沟通合作”。她是名人,却无名人架子,更不以专家自居,很多曾是她学生或者合作伙伴的年轻人,都被她严谨却不刻板、大方向引导却不忘细节关心的人格魅力所吸引,不少人成为她的忘年之交。

而今,耄耋之年的张立同仍在不断思考,步履匆匆,勤奋做事。寒来暑往,只要没有出差,她总是早早到办公室。“永做一名战斗员”是她一生的真实写照。“生命在于思考、在于运动”,则是她留给我们最美的一抹夕阳红。

(文/王丽 摄影/郭友军)