張立同

張立同

張立同(1938.4.14-),女,祖籍遼寧海城,出生于重慶市,航空航天材料專家。

1961年畢業于西北工業大學材料科學與工程系,1989-1991年在美國NASA空間結構材料商業發展中心做高級訪問學者。在高溫合金和鋁合金無餘量熔模鑄工藝理論和製造技術、特種高溫陶瓷、航空航天結構陶瓷及其復合材料等方面進行了開創性研究。先後獲國家科技進步一、二、三等獎4項。

張立同長期從事航空發動機材料和製造技術研究,在氮化矽結合碳化矽、自增韌碳化矽、定向自生共晶硼化物復合材料、矽炭氮納米吸波材料以及連續纖維增韌鋇長石復相玻璃陶瓷復合材料等方面均取得新突破。

  • 中文名稱
    張立同
  • 出生地
    重慶市
  • 畢業院校
    西北工業大學
  • 民    族
    漢族
  • 國    籍
    中國
  • 主要成就
    中國工程院院士
  • 重要事件
    1995年當選中國工程院院士
  • 職    業
    西北工業大學教授
  • 出生日期
    1938年4月14日

人物簡介

張立同,航空航天材料專家。1961年畢業于西北工業大學材料加工系,現任西北工業大學教授、博士生導師、超高溫復合材料實驗室學術委員會主任。1989-1991年在美國NASA空間結構材料商業發展中心做高級訪問學者。1986年國務院授予"有突出貢獻專家稱號",1995年當選為中國工程院院士。2004獲國家技術發明一等獎。該獎項填補了我國在該領域連續六年的空缺。

張立同張立同

研究方向

近十多年來,從事航空航天高溫陶瓷及其復合材料研究,在氮化矽結合碳化矽、自增韌碳化矽、定向自生共晶硼化物復合材料、矽炭氮納米吸波材料以及連續纖維增韌鋇長石復相玻璃陶瓷復合材料等方面均取得新突破。特別在連續纖維增韌碳化矽陶瓷基復合材料及其製造技術方面,打破國際封鎖,建立了具有我國自主智慧產權的製造技術與設備體系,多種構件成功通過驗證,獲2004年國家技術發明一等獎,授權國家發明專利12項。早期在近凈形熔模鑄造技術基礎及其專用高溫陶瓷材料與套用方面,解決了多項重大技術關鍵,先後主持國家和部委級重大和重點項目三十餘項,獲國家科技進步一、二、三等獎共四項,省部級二等以上獎15項,獲準發明專利5項,發表論文200餘篇。建立了超高溫復合材料實驗室。

張立同張立同

人物生平

張立同,女,1938年4月生,材料學著名專家,教授,博士生導師。1995年當選為中國工程院院士。1961年畢業于西北工業大學材料科學與工程系,曾任西北工業大學鑄造教研室副主任、復合材料研究所所長。在高溫合金和鋁合金無餘量熔模鑄工藝理論和製造技術、特種高溫陶瓷、航空航天結構陶瓷及其復合材料等方面進行了開創性研究。先後獲國家科技進步一、二、三等獎4項,省部級二等獎以上15項,獲準國家發明專利16項,發表論文200餘篇。先後被授予"全國三八紅旗手"、"航空部先進工作者"、"國家級有突出貢獻專家"、"陝西省優秀黨員"等光榮稱號。1992年獲國防光華科技基金;1993年被評為部級"優秀研究生導師";2004年榮獲國家技術發明一等獎,所帶領的團隊被國防科工委授予"國防科技工業優秀創新團隊"。

1938年,張立同出生于戰火紛飛的重慶,童年那段國破家亡的逃難經歷在她幼小的心靈裏刻下了深深的烙印。"沒有國哪有家"的樸素道理,深埋在張立同的心中。1956年,已經居住在北京的張立同以第一志願考入北京航空學院熱力加工系,1958年又隨國家院系調整來到西北工業大學熱加工系學習鑄造專業。畢業後,張立同放棄了回北京的機會,選擇留校教書,從此與材料科學形影不離,至今已歷經45度春秋。 張立同是幸運的,她從事的科學研究一直與航空航天事業有著密切的聯系。上帝把機遇給你,你能否抓住機遇使自己走上成功之路?喜歡用漂亮衣裳把自己裝扮得精致美麗的張立同,自是不肯讓發展新材料的機會與自己失之交臂。發動機是飛機的心髒,解決葉片鑄造變形問題是提高航空發動機渦輪葉片質量的關鍵。渦輪葉片主要靠熔模精鑄的方法生產,葉片尺寸的精度和光潔度要求很高,過去要靠兩次拋光才能完成,需要大量的人力和拋光設備,生產過程中不但易產生變形、浪費大,而且破壞了葉片表面的致密層,降低了強度。

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葉片技術

上世紀70年代初,發達國家已將一些重要的渦輪葉片的生產由鍛造改為無餘量熔模精密鑄造,葉片的工作面無需加工就可以達到所要求的尺寸精度和表面光潔度。利用這項技術,可以鑄造出無需機械加工的大型薄壁、復雜的鋁合金無餘量整體構件,這項新技術被廣泛套用于航空航天領域中。而當時,中國的熔模鑄造技術還十分落後,即使增加拋光餘量的葉片,報廢率仍高達30%,有時甚至高達50%。

難題現狀

當時的張立同風華正茂,在西工大擔任助教,從事著鑄造技術方面的教學與科研工作。1973年,國防工廠派人到西工大,尋求無餘量葉片生產的技術攻關支持。教研室的領導讓張立同下工廠看看情況。張立同了解到,航空發動機上的近百個葉片,每個葉片的價值相當于她這個小助教三個月的工資。技術水準的落後,產生了巨大的浪費不說,技術難題久攻不破,國家航空事業就發展不上去。

解決難題

張立同下決心要解決這一難題。她以一個科技工作者崇高的責任感,和國防工廠合作,啃起了"高溫合金無餘量熔模精密鑄造葉片新工藝研究"這個令許多實力比自己強的單位和個人都生畏的硬骨頭。在"文化大革命"一片亂紛紛的特殊年代裏,她心無旁騖、晝夜不分地忙了起來。敢啃"硬骨頭"的人,自己首先也要是硬骨頭。在當時那個年代,國外高新技術對中國封鎖得很嚴。張立同雖然接下了課題,但研究經費卻極其有限,所需的各種原材料也奇缺。時間緊迫,人手也不夠。縱是張立同風華正茂,精力充沛,可兩個孩子都很小,家庭瑣事一大堆,要家庭事業全照顧到,很難。

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事業為重

既接下軍令狀,就要策馬前行不停步。強烈的事業心,迎著困難上的倔勁,推動著張立同帶領課題組成員迅速投入了工作。為了事業,張立同把兩個孩子送回老家,吃住在工廠,和技術人員、工人一起跟班生產,尋找葉片的變形規律,並自己動手研製了成套的測試儀器。半年時間裏,通過精密的測量與比較,在上千個試樣、上萬個資料中分析摸索,張立同繪出了剛玉型殼隨溫度的變化曲線,終于發現了剛玉陶瓷型殼的高溫軟化變形機理和葉片的鑄造熱應力變化的特點,首次從理論上全面揭示了航空發動機渦輪葉片在熔模鑄造過程中的變形本質及其規律,為無餘量精鑄工藝研究提供了重要的理論依據,並在這個基礎上進一步研製出了"保溫殼體新工藝",使精鑄結構件報廢率大大降低。張立同主持的這項研究成果引起了同行的極大關註和高度評價,她為提高航空發動機渦輪葉片的質量做出了重要貢獻。

工作負傷

常思家國興亡責,莫負艱難百戰身"。張立同要研究的材料,超出了她所學專業的範疇,涉及到其他幾個學科。為了掌握需要的專業知識,她無數次地出入圖書館,在實驗室做了上千次的實驗,測試了上萬個資料,整理了100多萬字的實驗資料,付出了巨大勞動。張立同在實驗室做實驗時,高溫蠟噴出,糊住了她的雙眼,眼球被燒傷。夜深人靜,她隻好讓愛人陪著到醫院看急診。第三天,眼傷未愈,她又進了實驗室。

拼搏精神

憑著不達目標誓不罷休的拼搏精神,張立同與伙伴們經過1000多個日夜的奮戰,終于研製出了高溫、透氣、膨脹、抗蠕變、表面濕潤等10多種材料性能測試儀,通過對數十種材料進行系統的調查測試和微觀分析後所得出的上萬個資料進行理論分析比較,創造性地提出了無餘量熔模鑄造工藝的技術關鍵,研製出了該工藝所需要的模料,篩選出了較為理想的新型殼材料--陝西銅川上店土。

張立同承接的課題終于以令人欣慰的成績結題了。她在中國率先提出了用"具有優良中溫抗蠕變性"的高嶺土陶瓷型殼材料替代昂貴的電熔剛玉的思路,先後研製成功上店土、峨邊土等新型陶瓷型殼材料,成功解決了困擾航空熔模鑄造生產十幾年的剛玉型殼高溫變形的問題。

1976年,中國有關國防工廠採用張立同創造的鑄造工藝技術,生產出了第一個無餘量葉片。青年助教張立同首次承攬科研攻關課題,一舉成功。10年付出, 張立同從普通教師成長為航空航天領域的材料專家。1976年,中國從英國羅羅公司引進了斯貝航空發動機專利,落戶在西安航空發動機公司。但是,製造發動機的10項關鍵技術,如無餘量葉片鑄造用的模料、製殼材料、陶芯等,並不包括其中,它們分屬另3個廠家的專利。為了確保生產廠家能夠製造出斯貝發動機,國家不得不再花費巨額外匯將這10項技術買進來。

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無餘量熔模鑄造技術是10項技術秘密之一,它是發動機葉片等高溫核心部件生產不可缺少的重要方法。可是,當張立同和西安航空發動機公司的工程師們懷著期待的心情揭開那夢想中的"技術秘密"的神秘面紗時,才知道它僅僅是一份"無餘量熔模鑄造工藝說明書"。說明書中規定用的工藝材料幾乎都需要從國外買進,否則工藝說明書無法實施。

科研成果

1980年,在張立同的科研理論指導下,中國首次採用銅川上店土型殼材料鑄造成功了第一批高精度、低粗糙度的斯貝低壓一級無餘量空心導向葉片。新鑄葉片的尺寸精度及內部質量與國際著名的羅羅發動機公司的斯貝發動機葉片相當,表面粗糙度還略低于英國葉片。羅羅發動機公司得知這一情況頗為懷疑,特地派一名專家將上店土型殼材料、模料等帶回英國去鑒定。在精確的測試資料面前,羅羅發動機公司終于承認上店土是"高級莫來卡特"(莫來卡特是該公司所採用的世界"王牌"型殼材料),認為該模料是一種組織結構均勻一致的令人滿意的模料,熔模是高標準的,上店土"是一種非常令人滿意的撒砂材料,是非常好的抗蠕變型殼材料"。

斯貝發動機的引進,使張立同的研究進入到向國際先進行列看齊的新階段。這也使她深深體會到,在國與國之間的交往中,核心技術是買不來的,我們必須依靠自己的力量,我們也完全有能力依靠自己的力量掌握先進的技術。

張立同繼續將她的研究成果進一步深化。隨著時間的推移,她主持研究的"無餘量熔模鑄造技術",不僅將中國的熔模鑄造水準推向了國際先進行列,而且還為發展中國新型發動機復雜內腔葉片及薄壁復雜整體構件奠定了理論和工藝基礎。銅川上店土型殼材料,也被正式命名為"中華高嶺土型殼材料"。這一材料的誕生,為中國進一步發展優質型殼材料開闢了一條新路,既滿足了中國高精度熔模鑄件的要求,同時生產的鑄件又遠銷國外,產生了巨大的經濟和社會效益。西安航空發動機製造公司已經用這種新材料精鑄了20多種合金的200多個品種的零部件。

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1984年4月15日,張立同主持的"薄壁復雜無餘量整體鋁合金構件石膏型熔模鑄造技術研究"通過了部級鑒定。來自中國的知名專家學者對這項研究成果給予了很高的評價,認為該成果接近國際先進水準。接著,她又帶領課題組接連突破了"鋁合金石膏型熔模鑄造"、"高溫合金泡沫陶瓷過濾技術"等航空重大課題的技術關鍵。張立同的這一連串科研成果,自1985年起,分別榮獲了國家科技進步一、二、三等獎4項。

訪問學者

1989年4月,張立同作為第一位獲準進入克利夫蘭美國航空航天局空間材料商業發展中心實驗室的中國高級訪問學者,受聘承擔了美國未來大型空間站結構用陶瓷基復合材料的研究和指導研究生的工作。她僅用了不到一個月的時間,就使一個一年沒有進展的課題產生了轉機。接著她又帶著研究生,用一年半的時間研製出3種低密度、高比強、高比模的陶瓷基復合材料,並通過了空間環境試驗。該中心主任沃廉斯教授驚喜地說:"張教授的才能和工作效率令人吃驚"。

在美國,張立同的科研生活緊張而富有成效。在科研和教學中,她的聰明智慧表現得淋漓盡致。一位美國電子工程教授請張立同剖析一種電子材料的功能故障,她很快就解決了。這位教授十分感激,要支付高額酬金,張立同謝絕了他的好意,隻是淡淡地說:"我們中國人更註重友情。" 在中心實驗室,一個法國留學生因不能解決一個透射電鏡製樣中的材料難題而被他的導師炒了魷魚,當一位中國博士研究生在論文中遇到同樣的問題時,張立同立即向他伸出援助之手,幫他渡過了難關。後來,這位研究生被留在了實驗室,並不斷做出成績。

張立同在美國做訪問學者兩年,她幫助多少人解決了科研、論文中的難題,她自己也數不清。她認為,救人所急,幫人所難,不需要回報。在中心實驗室,同事們欽佩她的為人、品德和學術造詣,稱贊她"是一位真正的學者"。對這些,張立同同樣報以粲然一笑。1991年初,懷著報效祖國的強烈願望,張立同結束了在美國的研究,回到了西北工業大學。近兩年的國外研究經歷,以及對航空航天材料發展新趨勢的了解與判斷,使她更清醒地認識到,發展"具有類似金屬斷裂行為的連續纖維增韌高溫陶瓷基復合材料"是當下中國的材料科學家首先應該攻克的堡壘。

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最後攻關

張立同的科研團隊的攻關進入到了最艱難的階段。在解決遇到的一個又一個難題的過程中,研究進度時快時慢。當他們要把實驗型技術與設備進行放大時,所遇到的難題幾乎使張立同課題組對CVI工藝喪失了信心:3年裏,張立同和她的科研團隊夜以繼日地泡在實驗室做實驗,然而在課題中期檢查時,卻因做不出一爐性能合格的試樣,差點被亮了黃牌。

真的像那個法國教授說的,至少要10年嗎?"科研有險阻,苦戰能過關"。不怕失敗,就怕沒有恆心、沒有創新!在洋教授走後的又一個"一千個日日夜夜"裏,張立同帶領科研團隊又做了四代CVI設備,進行了400餘爐次的實驗。1998年底,他們終于製出了第一批性能合格的試樣。接著,經不斷改進,又成功突破了碳化矽陶瓷基復合材料製造工藝與設備的一系列核心技術,使材料性能達到了國際先進水準。

張立同和她的團隊用8年時間完成了法國人20年的攻關歷程,使中國一躍成為繼法國和美國之後全面掌握碳化矽陶瓷基復合材料製造技術及其設備的第三個國家,她和她的科研團隊再一次突破了發達國家對中國的技術和設備封鎖。這是又一個10年的拼搏。迄今,張立同帶領的科研團隊在"耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復合材料套用技術"方面已獲12項國家發明專利,並建立了具有自主智慧產權的3個技術平台。3個平台成功經受6年1100多批次考核,批量製造各類構件260多件、試件4200餘件。其構件成本不足國際同類產品的2/3,設備運行成本和製造周期均不足國際同類產品的1/3,產品價格與傳統金屬相當。採用該技術製備的多種陶瓷基復合材料構件在不同發動機上均一次試車成功。

科研團隊

在西北工業大學,張立同帶領的科研團隊中有10位教授、20位博士、100餘名研究生,以及1000平方米的標準廠房,3000餘平方米的實驗大樓,一系列自行研製的中國獨一無二的復合材料製造設備和多台進口的復合材料測試設備,已經與法國波爾多大學、德國宇航院、日本京都大學、韓國機械研究院,以及多家國外大公司建立了緊密的聯系。張立同和她的超高溫結構復合材料實驗室正在向國際化實驗室邁進。

2005年3月28日,是值得張立同和她的科研團隊紀念的日子。從這個拿到國家科技發明一等獎的日子起,張立同要帶領她的科研團隊進行第三次輝煌的創業了。 張立同說,連續纖維增韌碳化矽陶瓷基復合材料以其特殊、優異的性能,可考慮在中國載人航天工程後續任務"嫦娥工程"中廣泛套用。 "下一步的關鍵任務是推進工程化。"2005年下半年,張立同在奔忙的,就是如何盡快在國家有關部門的積極支持與推動下,實現連續纖維增韌碳化矽陶瓷基復合材料的工程化發展。

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