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领航新材料 当今世界殊 ——记中南大学难熔金属与硬质合金研究所所长、 长沙微纳坤宸新材料有限公司董事长范景莲

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范景莲


一部人类文明史,从某种意义上说就是一部使用材料和发展材料的历史。对材料的认识以及研制材料、发展材料和使用材料的能力是人类社会进步的最基础、最原始、最本质的驱动力。而在这条人类发展进步的道路上,一定是有这样一批默默无闻、坚持不懈的人在历史的空白处,描绘下浓墨重彩的一笔。他们,都值得被记住并致以敬意。

一代材料,一代产业;一代材料,一代装备——新材料是国民经济的先导性产业和高端制造及国防工业发展等的关键保障,也是世界各国战略竞争的焦点。因而,围绕新材料的开发和产业化,国家投入了大量人力物力财力。正因为“新”,所以需要从无到有搞研发,也意味着新材料开发之路异常艰难。

范景莲就是这条路上“勇攀高峰”的一位女性科学家。30年来,她抱着舍我其谁的必胜信念,以国家需求为己任,在我国特殊材料研制的征途上披荆斩棘,凯旋而归。科研的一线记录下酸甜苦辣,荣誉的殿堂挂满军功章——她用青春的默默坚守谱写下对祖国的承诺,“让成果走出实验室,让创新引领科技发展,让知识更有价值。我们要做世界一流”。

中国兵器工业集团导弹专家、工程院院士王兴治院士和中国工程院院士黄伯云院士参观考察超高温难熔金属基复合材料基地.jpg

中国兵器工业集团导弹专家、中国工程院王兴治院士和黄伯云院士参观考察超高温难熔金属基复合材料基地


永攀科研高峰 争做世界一流

1990年,范景莲投身难熔合金新材料、新技术和基础理论研究,这一做就是近30年。对于新世纪之前相对落后的中国科技水平来说,这个专业属于“高精尖”。而作为“高精尖”最集中的技术领域,国防工业对先进材料的依赖性也最直接、最敏感,因而先进材料技术也始终引领支撑着国防装备的发展。范景莲对此深有感触,所以,她一直以“解决问题”的初心来做科研。

满足飞行器飞行,所用材料表面温度要达到3000摄氏度以上,而现有碳/碳、陶瓷、难熔金属等超高温材料存在抗烧蚀和高温强韧性严重不足的问题。在当时,热端构件材料的热防护问题是国际公认的最突出的技术难题,成为新型空天飞行器研制的关键技术瓶颈。

如何研制一种全新的超高温材料,使其既具有优异的高温强韧,又具备长时间抗氧化、抗烧蚀与轻量化的特性?这个问题一直萦绕在她心头,吃饭走路,甚至睡觉时都在思考。“水泥路面上镶嵌了很多小的鹅卵石,它们具有很高的强度。”为什么呢?范景莲的灵感突然迸发,她有了一个引入“纳米”的大胆设想,“路面上的小石头就相当于纳米陶瓷,水泥的基体就相当于难熔金属,相当于用微纳复合技术杂交高温陶瓷和难熔金属。这样可以使得材料既有超高温陶瓷的高熔点、低密度特性,又像金属一样可以延展。” 

2006年,范景莲到北京汇报但却被泼了凉水,这一设想甚至被专家当作笑话。“美国、俄罗斯都没做出过这种材料,你为什么要去做这种材料?”范景莲想大声地向同行宣布:“为什么要国外做了什么,我们才做什么,跟着国外做,我们永远做不出世界一流。”

想别人没想过的,做别人没做过的,创新一开始往往就是一个笑话,但只有认真的人才敢于把笑话变成梦想,把梦想变成道路。巾帼不让须眉,继承湖南人独有的“霸得蛮”的性子,范景莲“不达目标誓不罢休”。

回到长沙,她一头扎进实验室逐个筛选几十种不同成分的工艺方案。经历了无数次失败的她坚信,“跌倒100次,也要在101次站起来。”范景莲决心打一场持久战。经费不足,她咬咬牙付了三成货款,从工厂买来烧结炉不分昼夜地试验,终于在一年后烧出了让人满意的材料样件。在做材料检测的时候,一家航天权威单位的工作人员都大呼不可思议。

就这样,范景莲带领团队,原创性发明了超高温轻质难熔金属基抗烧蚀复合材料,为新型空天飞行器和火箭发动机提供高性能关键高温材料保障。该技术成果为国内外原创,填补世界空白,成为新型空天飞行器前缘热端部件的重要关键材料,为我国新型空天飞行器的研制提供关键高温材料保障,被权威部门评价为:“中南大学范景莲轻质难熔金属取得了重大突破,在重大科技专项耐高温材料做出了重要贡献。”

同时,范景莲还将超高温难熔金属材料成果拓展应用于空空导弹、空地导弹的高能固体火箭发动机,满足了火箭发动机在大推力,高动压,耐3000℃以上的强的抗冲刷、抗冲击和抗烧蚀性能要求,成为多项国家重大高新工程和型号的关键高温部件唯一材料,其产品应用于我国新一代战机和新型空地导弹。该研究成果申请和获得国家(国防)发明专利32项,2012年她本人也因此获得该项工程先进个人二等奖。

随后,新型细晶高性能钨基复合材料、全钨偏滤器材料和部件制备技术的“硬骨头”依次被攻克,她因此走上国家科学技术奖的领奖台。我国钨材料研究在她的努力下,跻身国际最前沿。紧接着,她又带领团队发明未来核聚变堆面向等离子体最关键全钨偏滤器材料和部件制备技术,将我国钨材料研究推向国际最前沿领域。其研究成果获国际钨领域最权威刊物评价为“钨领域重大技术进展”,国际核聚变权威机构CEA法国原子能委员会评价其“为全钨偏滤器提供全新技术途径”。相关成果发表高水平论文40余篇,申请发明专利15项、获得国家发明专利授权9项和国际专利授权1项。

在今年刚刚结束的第三届中国军民两用技术创新应用大赛决赛中,范景莲带领的长沙微纳坤宸新材料有限公司凭借超高温轻质难熔金属基材料摘得金奖。范景莲的科研还在继续。“做国防这么大的难题,如果我不去做谁去做,我有责任和义务,我要去不断地为我们国家的国防工程、能源保护去努力。”范景莲的承诺掷地有声。

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中国核聚变总指挥、中国工程院院士李建刚在细晶钨偏滤器材料研发工程基地现场考察


产学研协同创新 “中国创造”更上新台阶

纵观从200多年前第一次工业革命开始,科技无疑是推动社会进步的原动力。但其中相同的一点是,只有产业化成功的科学技术成功才能在经济发展中真正体现其价值。

2014年,新材料研制出来了,范景莲却遇到了另一个难题。航天专家走进中南大学简陋的实验室参观后提出:“材料技术国际领先,但是没法加工,更别说工业化了。”这个情况范景莲心里非常清楚:“材料再好, 因为没法加工成部件他们也用不了。这个问题必须由我们解决,否则这个材料就没前途。”而实际情况却是荆棘丛生,没有试验场地、没有设备、没有经费、没有人员。

逢山开路,遇水架桥。在困难面前范景莲从来没屈服过,她想尽一些办法克服。没有厂房,她就租来民房替代;没有设备,她买来普通车床自己摸索工艺做样品;没有经费,她连贷款加团队众筹。最终,在宁乡高新区给予的产业引导基金和政府贷款的支持下,她牵头成立长沙微纳坤宸新材料有限公司,解决材料产业化的一系列瓶颈问题。

2015年9月,公司投产;2017年,实现批量生产,完成三大类产品的军工鉴定与定型,可生产10多种高端材料产品。此外,通过技术和装备集成创新,范景莲带领团队还研制出系列新型高性能钨基复合材料和超大尺寸钨材,形成了多种规格和品种的产品,成功用于我国10多项重点、重大工程,为保障国家安全做出了重要贡献。超大规格钨材在国内11家企业成功推广应用,同时产品出口国外,应用于新能源、微电子信息等高端技术领域。取得显著经济效益的同时,产品性能也达到国际先进水平,引领了我国钨材向高、精、尖方向发展,支撑了新能源、微电子信息、原子能等高端制造产业的发展,提升了我国国际竞争力。这一成果发表论文300余篇,出版专著2部,申请和获得发明专利授权22项,获国家技术发明奖二等奖1项(排名第一)、国家科技进步奖二等奖1项、省部级一等奖3项、省部级二等奖4项。

既做科研,又做产业化落地,范景莲不知道吃了多少苦,终于双肩挑起了这支团队。“我们范老师一天到晚往车间跑,我们都觉得她不像一个董事长,更像我们车间的一个大师傅。”长沙微纳坤宸新材料有限公司经理田家敏说。而这支由教授、副教授、博士、硕士、工程人员组成的团队,更是融合了产学研的各个方面,每人都有自己的专长,大家协力同心,完成创新落地的目标。“这是一支年轻的团队,其中有的成员从研究生、博士生在读就直接投入到这项伟大的事业中。”范景莲说,“之前他们都是散兵游勇,如今随着产品的问世、公司的发展,我也希望他们能通过努力成长为具备国防性质的国家正式科研产业化队伍。”如今,虽没有创富千贯,却实现了“让成果走出实验室,创新引领科技发展,让知识更有价值”的转变。“我从没有想过要通过公司赚多少钱,我只是希望超高温材料问世,要让中国人知道,让全世界知道,要让材料用起来。”范景莲谈到公司成立的初心。如今她的心愿是:“将新研制的材料推广到国家核能、核电、微电子等各个领域,做新材料的领跑者,让材料引领未来。”

结合自己多年经历和观察,范景莲谈道:“不论是有色金融企业,还是难熔钨钼金属企业,都没有与高校形成良好的合作。我们以前强调产学研合作,但有的仅仅停留在表面而没有进行深层次的合作。”她呼吁,要突出原始创新,一味跟随永远难以超越。而原始创新,必须要进行深度合作,朝着高深加工方向去努力,争取最小限度使用资源,最大限度创造价值。一句话,就是“用原始创新去创造价值”。

在从事新材料的研发过程中,范景莲也观察到,“像欧美等发达国家,10多年前,甚至200多年前的第一次工业革命时期,他们就在不断从事科研创新工作。我国起步晚,上世纪90年代末才有了科技创新的理念。在此之前,我们更多地是挖掘资源,对材料深度加工研发较少。当前资源日渐匮乏,如果不深度挖掘科学技术,资源终将枯竭。”她提道,“在如何深度利用资源方面,我们真正拿得出手的东西并不多,大多数是用资源去维持。比如难熔金属钨和钼,其作为战略资源是不可再生的。美国和日本都在以近似掠夺的方式挖掘中国的这类矿产资源,而拥有丰富地下矿产钨钼资源却不开采。”她表示自己深深的担忧,如果再不重视资源的保护,将使子孙后代后患无穷。

沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春。“你比别人高明一点的是,别人看不到的问题,你能看到。”范景莲说。办公室里的一床被子陪伴了她一个个奋斗的夜晚。回忆起往事,她提到,“晚上干到凌晨两三点就不便于回家,就在这里躺几个小时,第二天就继续干事。每当深夜加班的时候,我总会想起父亲。”她说,在父亲眼中,有功于国家才是一个人活着的最大价值。父亲的教导早已根植于范景莲的内心,“如果你为了奖励去奋斗、为了钱去奋斗,你肯定是吃亏的。”她说:“科研创新绝不可能一蹴而就,而是厚积薄发,要经过深层次、长时间、多方位的积累沉淀才能完成。”

在第三届中国军民两用技术创新应用大赛获得金奖后,宁乡市委书记、市长、高新区书记领导现场视察.jpg

在第三届中国军民两用技术创新应用大赛获得金奖后,宁乡市委书记、市长、高新区书记领导现场视察


如今,作为董事长的范景莲,她最自豪的是,公司已成为我国航空航天、国防军工以及兵器船舶等领域多个型号产品的唯一供应商。创新是新材料产业发展的关键驱动力。在她的蓝图里,这也绝不仅仅是一家产品提供商,而应该是一个集聚各类创新资源、拥有核心关键技术、可以高效解决实际问题、团队成员可协同创新的平台。而依托这个平台,范景莲想让“中国创造”的材料及产品走出国门、走向世界。创新永无止境。希望在不久的将来,范景莲可以带领她的团队在新材料的国际舞台上,发出“中国创造”最强音。


责编/万海滨