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严东生:材料科学助力天宫二号


在大家的认知中,中国发动机尤其是航空发动机制造长期存在短板。说到底,人们普遍认为中国的材料技术没跟上。这个是真的吗?其实也未必,由于材料技术的基础是材料化学,中国在材料化学领域早有储备。上个月18日刚刚去世的九三学社社员、中科院和工程院资深院士、中国科学院上海硅酸盐研究所名誉所长、98岁高龄的严东生在这方面的贡献功不可没。

“天宫二号”空间站发射时使用的耐火涂层和耐烧蚀复合材料就是严东生在40年前研发的。航空航天一开始发展就离不开材料技术的应用。无论是金属材料的耐腐蚀、抗氧化还是飞船再返回时候的再入热障难题,都需要材料技术的支持。严东生一直这些领域不懈探索。他早年考入清华大学化学系,1949年赴美国留学,获得美国伊利诺大学陶瓷学博士学位,是中国无机材料科学技术的奠基人和开拓者之一。当代高新技术中,无机材料具有举足轻重的地位,而严东生主攻的陶瓷基复合材料技术正是这个环节中的顶尖领域。陶瓷基复合材料具备耐高温、高强度、高刚度,重量又相对较轻,抗腐蚀性能好,并且克服了传统陶瓷的脆性,具有更高强度、高弹性的复合纤维。这种材料的应用主要都是在航空航天领域,法国“阵风”战斗机的M88发动机上就大量应用了陶瓷基复合材料,美国的航天飞机上也大量应用陶瓷基复合材料作为隔热瓦。正因为如此,陶瓷基复合材料被美国通用电气集团定义为下一代发动机必备材料,在2016年投入两家陶瓷基复合材料厂进行批量生产。美国的F-414发动机上使用的就是陶瓷基复合材料制作的叶片,未来陶瓷基复合材料还会作为发动机燃烧室和高压涡轮部分的结构件。

中国的陶瓷基复合材料研发程度如何了呢?早在上世纪60年代,严东生带领的团队就已经研发了基于陶瓷基复合材料的喷涂工艺,使得当时中国航空发动寿命成倍提高。上世纪70年代,严东生主持研制的陶瓷基复合材料为远程导弹再入突破热障的难题提供了材料基础。上世纪90年代,严东生带领团队开展了纳米无机材料的前置研究,同时主持多个材料学科的项目立项,培育的建立的多个旁支学科,甚至跨领域学科现在都开始落地开花。作为战略科学家,严东生的目光不是10年20年,而是要要考虑到未来30年到40年。这就好比赛车一样,如果没有在直道上积累足够的速度,怎么可能实现弯道超车呢?(穆建民)