張涵

范景蓮，現(xiàn)任中南大學難熔金屬與硬質(zhì)合金研究所所長、湖南省納米材料工程中心常務副主任，先后獲得國家杰出青年基金、中組部“萬人計劃”、教育部“長江學者”、全國創(chuàng)新爭先獎、何梁何利基金、全國優(yōu)秀科技工作者等榮譽，享受國務院特殊津貼。

對于一名女性科學家來說，獲得這樣的成績和榮譽實屬不易。1967年7月，范景蓮出生于湖南澧縣，1983年進入中南大學就讀，碩士畢業(yè)工作數(shù)年后又回到母校攻讀博士，并于2001年被破格評為中南大學教授。

自1990年開始，范景蓮教授一直從事難熔合金新材料、新技術(shù)和基礎理論研究，先后承擔了國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金重點項目和面上項目、科技部“863”計劃、科技部 “ITER”專項、總裝重大專項、國防軍工項目等30余項科技攻關。針對新型空天飛行器、火箭發(fā)動機、原子能等領域?qū)﹄y熔金屬材料的重大需求和現(xiàn)有難熔金屬強韌性不足、高溫抗氧化燒蝕差的問題，范景蓮創(chuàng)新性提出“納米原位復合/微納復合”設計思想，發(fā)展了納米/微納復合粉末制備原理與技術(shù)，建立了高性能微細結(jié)構(gòu)難熔復合材料燒結(jié)理論，開辟“納米/微納復合高性能難熔金屬基復合材料”新領域，取得系列重大突破。

一、原創(chuàng)發(fā)明超高溫輕質(zhì)難熔金屬基抗燒蝕復合材料，為新型空天飛行器和火箭發(fā)動機提供高性能關鍵高溫材料保障

新型空天飛行器研制是目前世界各空天強國重點探索的領域，代表了空天技術(shù)發(fā)展的重大方向。新型飛行器在近地空間以極高速度長時間飛行，其前端關鍵結(jié)構(gòu)部件與空氣產(chǎn)生劇烈的摩擦和沖擊，表面產(chǎn)生2000～3000℃高溫，同時還承受強表面氧化和高動壓高過載沖擊，這對熱端構(gòu)件提出了極為苛刻的使用要求，要求具有優(yōu)異的高溫強韌、長時間抗氧化抗燒蝕與輕量化等綜合性能，因此，熱端構(gòu)件材料的熱防護問題是國際公認的最突出技術(shù)難題?，F(xiàn)有高溫材料因存在高溫強度低、抗氧化和抗燒蝕性差或密度高等不足，無法滿足新型空天飛行器熱端部件的使用要求，成為新型空天飛行器研制的關鍵技術(shù)瓶頸。

針對這一重大需求和瓶頸，范景蓮創(chuàng)新性提出“微納復合—氧化抑制”設計思想，通過納米級超高溫陶瓷相與微米級鉬基體共格增強，實現(xiàn)陶瓷相對難熔基體的增強和難熔金屬的補強，進而實現(xiàn)材料高溫強韌化、基體抗氧化和輕量化。同時，通過表面氧化抑制設計，在基材表面原位生長形成梯度復合的陶瓷化的熱防護層，與基體具有高的熱匹配和強的冶金結(jié)合，實現(xiàn)與基體的一體化設計，進而實現(xiàn)高輻射、長時間抗氧化、抗燒蝕。在此設計思想指導下，創(chuàng)新發(fā)明了微納復合原位反應制備納米陶瓷相增強難熔金屬基復合材料，實現(xiàn)了基材的高溫、高強韌，其1600℃抗拉強度250MPa以上，與現(xiàn)有超高溫材料相比，高溫強度提高3～5倍，達到國際領先水平；同時創(chuàng)新采用了基材表面反應燒結(jié)形成方向性梯度復合涂層，實現(xiàn)復合涂層高輻射、強冶金結(jié)合、良好熱匹配和與基體的一體化設計，進而實現(xiàn)高輻射、長時間抗氧化、抗燒蝕，制備出超高溫輕質(zhì)難熔金屬基抗燒蝕復合材料，經(jīng)風洞和火箭發(fā)動機反復試驗驗證，材料基體無破壞，表面基本無燒蝕。該技術(shù)成果為國內(nèi)外原創(chuàng)，填補世界空白，成為新型空天飛行器前緣熱端部件的重要關鍵材料，為我國新型空天飛行器的研制提供關鍵高溫材料保障?！爸心洗髮W范景蓮教授輕質(zhì)難熔金屬取得了重大突破，在重大科技專項耐高溫材料上作出了重要貢獻?！边@是2014年6月相關部門給予的高度評價。

同時，范景蓮還將超高溫難熔金屬材料成果拓展應用于空空導彈、空地導彈的高能固體火箭發(fā)動機，滿足了火箭發(fā)動機大推力，高動壓，耐3000℃以上的強的抗沖刷、抗沖擊和抗燒蝕性能要求，成為多項國家重大高新工程和型號的關鍵高溫部件唯一材料，其中，研制開發(fā)的耐高溫燒蝕復合噴管和空地導彈發(fā)動機飛行噴管已通過用戶單位組織的產(chǎn)品鑒定，應用于我國新一代戰(zhàn)機和新型空地導彈。

該研究成果申請和獲得國家（國防）發(fā)明專利32項，2012年獲得“中國××工程先進個人二等獎”。

二、發(fā)明新型細晶高性能鎢基復合材料，成功應用于國防科技、新能源、微電子信息、原子能等高端制造，推動行業(yè)領域的發(fā)展

高性能鎢基復合材料具有高密度、高強韌等特性，是國防軍工和國民經(jīng)濟諸多領域難以替代的關鍵材料?，F(xiàn)有制備技術(shù)存在晶粒粗大、性能低、規(guī)格尺寸小等缺陷，難以滿足尖端技術(shù)發(fā)展要求。為解決這一重大難題，范景蓮提出“納米原位復合”思想，發(fā)明“溶膠—噴霧干燥—多步氫還原”技術(shù)，實現(xiàn)粉末超飽和固溶和合金化，突破傳統(tǒng)W、Cu不相溶和W滲Cu理論禁錮與技術(shù)缺陷，解決了現(xiàn)有W-Cu、W-Ni-Fe（Cu）等鎢基合金材料強韌性低、晶粒粗大、組織不均勻的問題，晶粒細化4～10倍，強度提高30%，延伸率提高2～5倍。建立了“納米原位復合”細晶鎢基復合材料相關理論模型，獲國際鎢領域權(quán)威German、Hausselt多次引用和積極評價。通過技術(shù)和裝備集成創(chuàng)新，研制出系列新型高性能鎢基復合材料和超大尺寸鎢材，形成了多種規(guī)格和品種的產(chǎn)品，成功用于我國10多項重點、重大工程，為保障國家安全做出了重要貢獻；超大規(guī)格鎢材在國內(nèi)11家企業(yè)推廣應用，同時產(chǎn)品出口國外，應用于新能源、微電子信息等高端技術(shù)領域，經(jīng)濟效益十分顯著，性能達到國際先進水平，引領我國鎢材向高、精、尖方向發(fā)展，支撐了新能源、微電子信息、原子能等高端制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升我國國際競爭力。這一成果發(fā)表論文近300余篇，出版專著2部，申請和獲得發(fā)明專利授權(quán)22項，獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項（排名第一）、國家科技進步二等獎1項、省部級一等獎3項、省部級二等獎4項。

三、發(fā)明未來核聚變堆面向等離子體最關鍵全鎢偏濾器材料和部件制備技術(shù)，將我國鎢材料研究推向國際最前沿領域

核聚變能與核裂變能相比，具有無核輻射危險、釋能大等顯著優(yōu)點。為解決核聚變能的可控利用，中、美、俄、歐盟、韓、日、印七方成立了目前最大的國際合作項目—國際熱核聚變實驗堆（ITER），我國也已啟動了中國聚變工程實驗堆（CFETR）建造計劃，這將開啟人類未來能源的理想途徑。聚變堆面向等離子體材料在運行時，承受高能等離子體持續(xù)長時間轟擊，并在表面產(chǎn)生2000℃以上的高溫，對材料高溫性能和化學穩(wěn)定性提出了極高要求。鎢由于具有極高的熔點、良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，被認為是未來聚變堆理想的面向等離子體最關鍵高溫結(jié)構(gòu)材料部件。但是，現(xiàn)有鎢材料晶粒粗大、性能差，難以滿足未來聚變堆苛刻服役環(huán)境要求。針對這一難題，創(chuàng)新發(fā)明提出“納米/微納復合增強”和“納米梯度復合擴散連接”技術(shù)制備細晶全鎢偏濾器材料及部件。采用微量稀土氧化物和碳化物納米/微納復合增強鎢，實現(xiàn)其高強韌和高抗熱沖擊，與目前國際最先進商業(yè)鎢相比，抗熱沖擊性提高50%以上。采用納米梯度復合擴散連接技術(shù)，實現(xiàn)細晶鎢材料與熱沉結(jié)構(gòu)材料高強度冶金結(jié)合，連接強度比傳統(tǒng)連接強度提高2倍。研究成果獲國際鎢領域權(quán)威刊物RM&HM;主編H.Ortnal評價“鎢領域重大技術(shù)進展”，國際核聚變權(quán)威機構(gòu)CEA法國原子能委員會評價“為全鎢偏濾器提供全新技術(shù)途徑”，將我國鎢研究引入國際前沿系列。這一成果發(fā)表高水平論文40余篇，申請發(fā)明專利15項，獲得國家發(fā)明專利授權(quán)9項和國際專利授權(quán)1項。

在學術(shù)兼職領域，范景蓮還兼任總裝專項、國防科工局專家，國家獎勵計劃專家，國家核聚變重大專項專家組組長，硬質(zhì)合金國家重點實驗室學術(shù)委員，美國粉末冶金協(xié)會會員，中國鎢協(xié)顧問、理事，《中國鎢業(yè)》和《硬質(zhì)合金》編委。

此外，為了讓科技成果盡快應用于國家高新技術(shù)領域，范景蓮積極響應習近平總書記號召，“把論文寫在祖國的大地上”，使科技成果用起來，在創(chuàng)新驅(qū)動和軍民融合推動下，組建了由教授、副教授、博士、碩士、工程人員組成的產(chǎn)學研創(chuàng)新團隊，在寧鄉(xiāng)高新區(qū)政策和資金支持下，成立了“長沙微納坤宸新材料有限公司”，作為工程產(chǎn)業(yè)化基地。以“納米/微納復合”難熔金屬基復合材料技術(shù)原型為基礎，建立了一條從設計開發(fā)到制備，再到部件精密加工與集成的工程化生產(chǎn)線，使新型難熔金屬基復合材料在國家重大軍事工程成功應用，同時推廣應用于微電子、核能等國計民生各尖端技術(shù)領域，實現(xiàn)“讓成果走出實驗室，讓創(chuàng)新引領科技發(fā)展，讓知識更有價值”的轉(zhuǎn)變，走出了一條有特色的產(chǎn)—學—研—用的科研發(fā)展與成果轉(zhuǎn)化之路。

（本文轉(zhuǎn)自《中國科學報》）