材料“尖兵”助力國防

謝更好

國泰民安須思危，富國強(qiáng)兵防未然。北京理工大學(xué)教授譚成文說：“我們希望能夠通過自己的力量，為國防事業(yè)，為國計(jì)民生做一點(diǎn)貢獻(xiàn)”。樸實(shí)的話語飽含著深沉真摯的家國情懷。

懷揣著這份情懷，譚成文一直致力于極端環(huán)境下金屬材料的研究，他在高應(yīng)變率載荷條件下高性能金屬結(jié)構(gòu)材料（鈦合金、鎳鎢合金）的微觀組織結(jié)構(gòu)演化、高純度難熔金屬（鎢、錸、鈮、鉭等）的化學(xué)氣相沉積幾個領(lǐng)域開展工作。

這些年來，譚成文及其團(tuán)隊(duì)突破了空間核反應(yīng)堆熱離子燃料元件大尺寸鎢單晶涂層制備技術(shù)，使我國成為繼俄羅斯之后世界上第二個可以生產(chǎn)大尺寸鎢單晶涂層的國家；研制了我國第一代超聲速導(dǎo)彈半穿甲戰(zhàn)斗部殼體高抗絕熱剪切破壞鈦合金，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)斗部毀傷效能的跨越式發(fā)展；開發(fā)了難熔金屬/稀貴金屬常壓化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)及前驅(qū)體回收再利用技術(shù)，打破了相關(guān)領(lǐng)域關(guān)鍵部件的國外壟斷。

天下興亡，匹夫有責(zé)

梁啟超先生在《新民說》中提到：“若無國防，則國難屢起，民將不得安其業(yè)”。當(dāng)下的中國社會，經(jīng)濟(jì)文化繁榮，人民幸福，但是不容否認(rèn)，社會發(fā)展過程中諸多矛盾、問題盤根錯節(jié)，國家安全和社會安定仍然面臨諸多威脅與挑戰(zhàn)。

國防之重，重于泰山；而國防之要，要在武器。

國人一定不會忘記，萬眾矚目的閱兵儀式上，我軍一大批新型現(xiàn)役主戰(zhàn)裝備逐一亮相，展示了強(qiáng)大的國威軍威，展示了當(dāng)代中國國力之強(qiáng)大，舉國振奮，世界為之震驚?！伴啽缴险故镜南冗M(jìn)武器對于穩(wěn)定周邊局勢，震懾?cái)硨萘ζ鸬搅朔浅Ｖ匾淖饔??！弊T成文自豪地說道，“我們參與研制了我國第一代應(yīng)用于超聲速反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的高抗絕熱剪切破壞鈦合金，這項(xiàng)研究為我國高性能導(dǎo)彈的跨越式發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)”。

導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的有效載荷，對目標(biāo)的毀傷效能主要靠戰(zhàn)斗部的性能來保證，因此導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部對其殼體材料提出了極高的綜合性能要求。而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，導(dǎo)彈的著靶速度正成倍地飛速提高，大量的導(dǎo)彈著靶速度已經(jīng)突破亞音速，進(jìn)入超聲速甚至超高聲速。因此，導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部殼體結(jié)構(gòu)材料處于高壓、高溫和高應(yīng)變率極端環(huán)境下，材料的力學(xué)行為與準(zhǔn)靜態(tài)環(huán)境顯著不同，常規(guī)的材料設(shè)計(jì)思想已經(jīng)無法滿足使用要求。基于此，在前輩科學(xué)家的工作基礎(chǔ)上譚成文及其團(tuán)隊(duì)提出了高速碰撞環(huán)境下應(yīng)用的金屬材料的新的設(shè)計(jì)思想和評價技術(shù)，參與研制了我國第一代應(yīng)用于超聲速反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的高抗絕熱剪切破壞鈦合金。

對于鈦合金的絕熱剪切變形及斷裂破壞等的研究，國內(nèi)外已開展了很多。國內(nèi)的相關(guān)研究工作在國際上也有相當(dāng)?shù)挠绊懥Α５暗难芯慷嗉杏诨A(chǔ)的材料學(xué)及力學(xué)問題，而與具體應(yīng)用的結(jié)合很少。

“研究初期，我們遇到了較大的困難，可以說屢受挫折。”譚成文說道。早期所用的研究材料總是不能達(dá)到預(yù)期，而且時間緊張，任務(wù)艱巨，團(tuán)隊(duì)的每一個人壓力都很大。這種情況下，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)只能不斷嘗試，一次又一次重新來過，他們幾乎將幾十年該領(lǐng)域的研究成果重新梳理一遍，從中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

在研究過程中，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)選用了多種不同組織和組織細(xì)節(jié)的鈦基合金作為研究對象，研究其絕熱剪切變形斷裂行為，并且為了更全面地對此問題進(jìn)行探討，甚至選用了同樣是六方結(jié)構(gòu)的鎂合金和其他類型鈦合金進(jìn)行對比研究。

譚成文說，“這個研究過程盡管艱辛卻有著重要的意義，只有在研究過程中，我們才能對自己的研究結(jié)果逐步清晰”。他們發(fā)現(xiàn)了相對于層片組織的鈦基合金，具有雙態(tài)組織的合金抗絕熱剪切破壞能力更強(qiáng)；探索出了組織細(xì)節(jié)（如板條寬度、纖維取向等）對于鈦基合金中絕熱剪切現(xiàn)象的影響；揭示了具有等軸、雙態(tài)及層片組織鈦基合金中絕熱剪切帶的分叉、交截等作用規(guī)律，并建立了絕熱剪切帶分又及交截作用過程模型；發(fā)現(xiàn)鈦合金在沖擊環(huán)境下的一種主要破壞方式（層裂）與絕熱剪切現(xiàn)象并無必然聯(lián)系。正是這些研究發(fā)現(xiàn)，最終幫助譚成文和他的團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了突破創(chuàng)新。

此外，還有其他一些困難，比如對鈦合金絕熱剪切帶相互作用規(guī)律研究過程中，需采用透射電子顯微鏡對某些特定位置進(jìn)行觀察研究，但是，采用傳統(tǒng)的透射電子顯微鏡試樣制備方法無法達(dá)到精確定位的要求。為了解決這個困難，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)積極奔走，在與外單位的協(xié)調(diào)和合作中，選用了先進(jìn)的聚焦離子束方法精確制備透射電子顯微鏡試樣，試樣質(zhì)量及制備效率均較高，最終滿足了研究所需。

正所謂功夫不負(fù)有心人，正是這樣一步步的研究探索，在失敗中不斷嘗試并勇于創(chuàng)新，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)圓滿完成任務(wù)，最終研制了我國第一代超聲速導(dǎo)彈半穿甲戰(zhàn)斗部殼體鈦合金，此方向獲國防科技獎一等獎、二等獎各一項(xiàng)。

近期，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)又研制了戰(zhàn)斗部用鎳基高強(qiáng)韌合金等新型材料，克服了高速鉆地戰(zhàn)斗部采用超高強(qiáng)度鋼侵徹能力不足的問題，是未來超高聲速導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的優(yōu)良備選材料。

先賢顧炎武早就發(fā)出了“天下興亡，匹夫有責(zé)”的吶喊，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)可謂身體力行。在自己的研究領(lǐng)域，他們肩負(fù)起天下興亡的匹夫之責(zé)，并且從未止步。

國計(jì)民生，家國情懷

隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，飛行器對電源的要求越來越高。從衛(wèi)星對電源功率的需求考慮，已從最初的幾十瓦發(fā)展到目前的幾十千瓦甚至更高，并且每過十年電源功率需翻一翻。目前可知的能適合大功率長壽命衛(wèi)星應(yīng)用的電源只有太陽能和核能電源。

譚成文說：“未來的太空武器需要更大功率（幾百千瓦直至兆瓦級）的電源，熱離子空間反應(yīng)堆電源就成為首選電源之一。”熱離子空間反應(yīng)堆電源具有功率/質(zhì)量、功率/體積和功率/面積比高，并具有短期功率提升能力，適用于用作中低軌道的大功率軍用偵察衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星、軍用通信衛(wèi)星。由于其表面積小、質(zhì)量輕，因此姿態(tài)控制比用電池陣的太陽能電源的衛(wèi)星要穩(wěn)定，能使偵察目標(biāo)的定點(diǎn)更精確，衛(wèi)星照片更清晰。此外還有衛(wèi)星的機(jī)動性，戰(zhàn)時生存能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如果和電火箭配合，可進(jìn)行衛(wèi)星的變軌。

目前，俄羅斯在此領(lǐng)域處于國際上的領(lǐng)先水平，是世界上唯一實(shí)現(xiàn)熱離子空間反應(yīng)堆電源應(yīng)用的國家。我國于上世紀(jì)70年代即開展了此領(lǐng)域的研究工作，但受制于基礎(chǔ)工業(yè)落后的限制一直未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，其中陰極鎢單晶涂層制備技術(shù)未能突破是主要的原因之一。

“我們通過與兄弟單位密切合作，實(shí)現(xiàn)了鎢單晶涂層化學(xué)輸運(yùn)沉積制備技術(shù)的根本性突破，使我國成為繼俄羅斯后世界上第二個擁有此技術(shù)的國家，為我國大功率長壽命空間核電源的研制提供了關(guān)鍵材料奠定了重要基礎(chǔ)”。

譚成文說：“我們一直致力于材料研究，國防應(yīng)用是其中的一部分，我們也在更多地思考，希望將研究成果更多地推廣到民用領(lǐng)域，能為國計(jì)民生貢獻(xiàn)自己的力量”?；谶@樣的研究目標(biāo)，譚成文和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高熔點(diǎn)金屬鎢、鉬、鈮、鉭、鉑和銥等異形、薄壁、多孔制品常壓化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)，成功應(yīng)用于核工業(yè)、航空、航天和生物醫(yī)用等重要領(lǐng)域。

高熔點(diǎn)金屬材料構(gòu)件通常采用粉末冶金成形，但是航空、航天等領(lǐng)域通常應(yīng)用的是復(fù)雜的異形件、薄壁件或涂層，生物醫(yī)用領(lǐng)域則多采用多孔形式，采用粉末冶金成形工藝幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。譚成文教授及其團(tuán)隊(duì)通過十余年的不懈努力，突破了氟化物前驅(qū)體制備技術(shù)、化學(xué)氣相沉積難熔金屬制品高效制備技術(shù)、貴金屬循環(huán)利用技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功制備了鎢薄壁加熱體、錸/銥復(fù)合噴管樣件、Pt/Al和MoSi₂抗氧化涂層、多孔鉭種植體樣件等多種高端難熔金屬制品，并逐漸推向市場應(yīng)用，將很快結(jié)束國外在相關(guān)領(lǐng)域的壟斷。

譚成文和他的團(tuán)隊(duì)一直秉承著這份家國情懷從事科學(xué)研究，在科技強(qiáng)國，國防強(qiáng)國的路上，他們一直在努力。

傳道授業(yè)，科教興邦

“我除了是一名科研人員，還是一名大學(xué)教師。”譚成文說道，“個人的科研力量是非常有限的，我真正希望的是培養(yǎng)一批國防材料領(lǐng)域的尖端人才，讓他們真正實(shí)現(xiàn)科教興邦的理想?！?/p>

如今，譚成文在北京理工大學(xué)擔(dān)任教授，帶領(lǐng)著自己的科研團(tuán)隊(duì)，邊做科研，邊教書。

對于本科生的教學(xué)，譚成文表示：“要盡可能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)基礎(chǔ)”。譚成文對于教學(xué)工作極為認(rèn)真，多年來一直承擔(dān)本專業(yè)核心專業(yè)基礎(chǔ)課的講授，并盡可能將理論結(jié)合科研實(shí)踐深入淺出地教授給學(xué)生，便于學(xué)生接受。

他常常與學(xué)生溝通，解答學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中的困惑，幫助學(xué)生解決實(shí)踐中遇到的問題，注意發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)潛在人才。“有些優(yōu)秀的大三學(xué)生，我會讓他們參與到科研當(dāng)中”譚成文說：“較早接觸科研實(shí)踐，能夠幫助他們打好科研的基礎(chǔ)，幫助他們更快地成長?！笔聦?shí)證明，本科生在科研實(shí)踐中的表現(xiàn)是非常優(yōu)秀的，在他課題組走出的本科生很多進(jìn)入國內(nèi)外最好的大學(xué)繼續(xù)深造。

另外，在譚成文的科研團(tuán)隊(duì)成員中，除了知名的前輩、教授、各領(lǐng)域?qū)＜抑猓€有博士生、研究生?！皩τ诓┦可⒀芯可呐囵B(yǎng)，我更希望他們接觸最前沿的知識和信息，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力?！弊T成文這樣說道。

在科研項(xiàng)目的研究過程中，譚成文很注意對學(xué)生的引導(dǎo)和鼓勵。他常常和學(xué)生一起動手實(shí)踐，一起討論問題，傾聽學(xué)生的見解，和他們分享自己的心得。譚成文表示，“我喜歡和他們一起動手實(shí)踐，在科研中我們是最快樂的”。

在這個團(tuán)隊(duì)中，大家分工明確，又團(tuán)結(jié)合作，科研氛圍活潑有序，遇到問題大家一起解決，有了成果大家一起分享喜悅。學(xué)生不僅可以與該領(lǐng)域?qū)＜医涣鲗W(xué)習(xí)，還可以獨(dú)立思考，動手實(shí)踐，在科研過程中邊學(xué)習(xí)邊成長。他的學(xué)生表示“正是在科研中不斷實(shí)踐，不斷嘗試，不斷解決新的問題，讓我們感受到了科研的快樂”，在這種培養(yǎng)模式下，學(xué)生成長進(jìn)步很快。

“教書育人，對于我而言，是一份責(zé)任”。在譚成文看來，國防材料領(lǐng)域的科研、教學(xué)工作，最終目的是解決國防需求，為國計(jì)民生培養(yǎng)尖端人才。科教興國是幾代人的夢想，而他，正走在實(shí)現(xiàn)夢想的道路上。