以材造夢(mèng) 守望蒼穹
——記中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)

□ 吳 彪 李 桐 呂騰波

團(tuán)隊(duì)帶頭人黃政仁

生于1978年，它與改革開放共慶40周年。

40歲，正值壯年，經(jīng)歷過20世紀(jì)80年代的意氣風(fēng)發(fā)，也曾篳路藍(lán)縷地開荒斬棘，從滌故更新到一往無前，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)（以下簡稱“先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)”）始終瞄準(zhǔn)工程化目標(biāo)，隱于國之重器背后，推動(dòng)新材料領(lǐng)域的創(chuàng)新、長足發(fā)展，助力國家制造業(yè)駛向“中國制造2025”的綠色轉(zhuǎn)型航道。

“實(shí)現(xiàn)大國向強(qiáng)國的發(fā)展，我們國家大力提倡在制造業(yè)中全面思索、創(chuàng)新。而在中國制造業(yè)占有舉足輕重地位的是基礎(chǔ)材料，沒有五花八門的材料、各種性能的材料，要設(shè)計(jì)一個(gè)新東西等同于無米之炊?！敝袊こ淘涸菏?、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員江東亮道出強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略的一大關(guān)鍵。作為國內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封材料研發(fā)國產(chǎn)化的第一人，江東亮對(duì)無機(jī)陶瓷材料的革新寄予厚望，而由他創(chuàng)建的先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)，在新一代領(lǐng)頭羊黃政仁的帶領(lǐng)下與國際前沿并行，同時(shí)代需求相攜，把小陶瓷做出新花樣，一舉改寫了“國內(nèi)戰(zhàn)略性空間光學(xué)反射鏡材料100%依賴進(jìn)口”的卡脖子歷史。

將“團(tuán)結(jié)協(xié)作”視作隊(duì)伍發(fā)展的理念，將“創(chuàng)新奉獻(xiàn)”視作科研不懈追求的目標(biāo)，以黃政仁為首的先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)始終踐行服務(wù)各行各業(yè)的根本宗旨，遵從著他們質(zhì)樸的誓言：“國家需要什么，發(fā)展需要什么，我們就做什么！”

百轉(zhuǎn)千回，不負(fù)榮光

21世紀(jì)初期，新材料的世界市場就以兩倍于整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)的速度而發(fā)展，在滿足人類使用需求的三大基礎(chǔ)材料——金屬材料、高分子材料、無機(jī)非金屬材料中，先進(jìn)陶瓷作為無機(jī)非金屬材料的重要分支，也是國防軍工、工業(yè)制造等領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵性材料，尤為矚目。

然而在20世紀(jì)70年代，改革之風(fēng)正在席卷中華大地，對(duì)于這一項(xiàng)新型基礎(chǔ)材料研究的開展，一切顯得并不容易。在大眾眼中，即便是擁有“先進(jìn)”作為定語，陶瓷依舊是傳統(tǒng)茶杯、花瓶等工藝品的代名詞，實(shí)在無法被賦予更多的科學(xué)意義。的確，傳統(tǒng)陶瓷的脆性一直為人所詬病，極低的安全性和高昂的成本也一度制約著它向“先進(jìn)”的轉(zhuǎn)變。但從大量的文獻(xiàn)資料中可以發(fā)現(xiàn)，先進(jìn)陶瓷，或者說特種陶瓷、精細(xì)陶瓷并不能被貼上人們對(duì)傳統(tǒng)陶瓷的認(rèn)知標(biāo)簽，其有著更高的機(jī)械力學(xué)性能，更優(yōu)良的熱學(xué)、電學(xué)性能。我國著名先進(jìn)陶瓷材料專家江東亮院士基于對(duì)材料革新形勢(shì)的預(yù)判，頂住外界重重壓力組建起國內(nèi)最早系統(tǒng)開展碳化硅陶瓷研究的課題組，率先投入先進(jìn)陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能關(guān)系的研究與發(fā)展工作。這便是先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)的前身。

“整個(gè)先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域主要有幾類陶瓷材料，一個(gè)是氧化物陶瓷，包括氧化鋁、氧化鋯等；還有一個(gè)是非氧化物陶瓷，以碳化硅和氮化硅陶瓷為代表。這些陶瓷的高溫抗氧化性能非常好，耐腐蝕性和導(dǎo)熱率也十分出色。早在20世紀(jì)80年代，我們國家已經(jīng)表現(xiàn)出一定的需求，國際上多家單位也開始研制先進(jìn)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)。”黃政仁解釋道。

從先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究課題組成立，不到10年間，先進(jìn)陶瓷頻頻現(xiàn)身一躍成為材料新貴，掀起一波陶瓷發(fā)展浪潮。譬如，耐磨的陶瓷軸承被廣泛應(yīng)用到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，使用壽命是傳統(tǒng)軸承的3～10倍，摩擦減少了80%，能耗降低了15%～20%。汽車所使用的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)、催化轉(zhuǎn)化器等顯著減少了尾氣排放量，進(jìn)一步推動(dòng)了綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這時(shí)候，因?yàn)榕c國際同期起步，江東亮帶領(lǐng)的先進(jìn)碳化物陶瓷研究組也已經(jīng)小有所成。他們先后開展氧化鋁陶瓷及機(jī)械密封件、碳化硅基工程陶瓷等研究，在促進(jìn)了無機(jī)材料科學(xué)發(fā)展的同時(shí)還獲得了一系列新材料開發(fā)和工程應(yīng)用進(jìn)展，在機(jī)械、化工、能源和交通等行業(yè)獲得認(rèn)可，取得了相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

江東亮院士

黃政仁與外國學(xué)者交流

早期的碳化硅陶瓷開發(fā)主要在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能方面下工夫，集中應(yīng)用體現(xiàn)在機(jī)械密封領(lǐng)域。“一直以來，我們國家的機(jī)械密封材料都是從美國、日本等國家進(jìn)口，對(duì)外有著很強(qiáng)的依賴性。江院士較早地意識(shí)到并全面開展針對(duì)性研究，研發(fā)的機(jī)械密封材料可以完全替代進(jìn)口材料，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)方向的國產(chǎn)零突破?！睓C(jī)械密封材料的國產(chǎn)化技術(shù)、產(chǎn)品對(duì)領(lǐng)域發(fā)展具有長遠(yuǎn)性貢獻(xiàn)，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所教授級(jí)高級(jí)工程師陳忠明進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，如今江浙一帶從事機(jī)械密封材料、部件生產(chǎn)的企業(yè)有四五十家，其源技術(shù)大多來自那個(gè)時(shí)期，加上近30年來，國內(nèi)陶瓷導(dǎo)輪等部件應(yīng)用化勢(shì)頭明顯，這些企業(yè)的產(chǎn)值總量也持續(xù)走高，突破幾十億美元。

此外，因與金屬材料相比，先進(jìn)陶瓷在耐熱性、耐磨性、抗氧化、抗腐蝕以及高溫力學(xué)性能方面皆具備不可比擬的優(yōu)勢(shì)，克服了一般陶瓷的脆性缺點(diǎn)，所以其應(yīng)用已涉及空間探索、工業(yè)制造、基礎(chǔ)建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域。

20世紀(jì)90年代，隨著國家航空航天應(yīng)用需求的大幅度提升，陶瓷反射鏡材料的研制被列入國家重點(diǎn)部署工作之一。面向國家戰(zhàn)略需求和中國科學(xué)院工程化研究轉(zhuǎn)型的迫切性，先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)以前期的材料科學(xué)研究積累為基礎(chǔ)，一邊瞄準(zhǔn)反射鏡工程化應(yīng)用大力開發(fā)新技術(shù)，一邊順應(yīng)空間光學(xué)發(fā)展趨勢(shì)積極謀求先進(jìn)陶瓷反射鏡材料研究的可持續(xù)發(fā)展?！皬膫?cè)重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到真正進(jìn)入工程化研究，我們那幾年多忙于技術(shù)摸索，白天到研究所里討論問題，晚上就跑去制造廠、機(jī)械加工基地查看加工進(jìn)度。課題組剛開始接觸先進(jìn)陶瓷光學(xué)器件，雖然資源和財(cái)力支持并不充分，但那段時(shí)間的工作熱情空前高漲。”陳忠明回憶道。

江東亮院士與項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人展開現(xiàn)場技術(shù)討論

時(shí)勢(shì)驅(qū)動(dòng)，刻不容緩

2000年前后，北美、西歐地區(qū)及日本等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)加強(qiáng)了先進(jìn)陶瓷材料研發(fā)力度、擴(kuò)大其應(yīng)用市場。日本作為當(dāng)時(shí)先進(jìn)陶瓷的最大生產(chǎn)者，以占據(jù)世界市場50%的份額持續(xù)發(fā)力；1995年—2000年，歐洲先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品市場平均每年遞增約6%，到2002年達(dá)到30.2億美元；美國先進(jìn)陶瓷協(xié)會(huì)和美國國家能源部聯(lián)合資助并實(shí)施了為期20年的美國先進(jìn)陶瓷發(fā)展計(jì)劃，面向先進(jìn)陶瓷工業(yè)界,旨在將基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)和產(chǎn)品使用幾個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合在一起,共同推動(dòng)先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的應(yīng)用發(fā)展……而在我國，即便國家關(guān)于先進(jìn)陶瓷的戰(zhàn)略部署任務(wù)從未停止，但由于整體發(fā)展環(huán)境萎靡，持續(xù)幾年的研究低潮亟需技術(shù)創(chuàng)新增援和產(chǎn)品新突破，從而滿足航天戰(zhàn)略發(fā)展中空間光學(xué)成像系統(tǒng)的材料需要。

國內(nèi)航空航天、衛(wèi)星遙感及天文觀測事業(yè)的發(fā)展加速了對(duì)地觀測體系的建立，同時(shí)對(duì)空間光學(xué)成像系統(tǒng)不斷提出新的要求。如果把空間光學(xué)成像系統(tǒng)看作是太空觀測體系的“眼睛”，那么空間反射鏡就是眼睛的“晶狀體”?！把劬Α钡某上穹直媛省㈧`敏度等性能水平直接由“晶狀體”的口徑大小、材質(zhì)種類和性能、結(jié)構(gòu)形式等決定。

一般來講，空間反射鏡的口徑越大，成像效果越好，光學(xué)系統(tǒng)的整體質(zhì)量也會(huì)隨之增加，但相對(duì)而言口徑越大，光學(xué)系統(tǒng)的重量急劇加大，也就意味著發(fā)射成本、衛(wèi)星平臺(tái)的難度上升，極有可能超出火箭的運(yùn)載能力。目前，國際常用的反射鏡材料包含了熔石英、微晶玻璃、碳化硅、聚合物薄膜以及碳化硅復(fù)合材料等幾大類，采用了輕量化技術(shù)在材料制造加工、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化，盡可能在提升性能的同時(shí)減輕其本身的重量。也因此，輕量化反射鏡被看作空間遙感以及天文、深空探測光學(xué)系統(tǒng)的核心部件，其理想材料應(yīng)具有低密度、高彈性模量、低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率、均勻微觀結(jié)構(gòu)、無材質(zhì)缺陷等特點(diǎn)。

自20世紀(jì)90年代起，為積極響應(yīng)國家新材料研發(fā)的號(hào)召，先進(jìn)碳化物陶瓷團(tuán)隊(duì)逐漸部署空間光學(xué)系統(tǒng)用碳化硅反射鏡的研究，采用常壓固相燒結(jié)技術(shù)路線，明確其在材料相組成、微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能、熱學(xué)性能、光學(xué)加工性能和應(yīng)用可靠性方面的綜合優(yōu)勢(shì)，大力推進(jìn)碳化硅反射鏡材料的研究進(jìn)程?！昂教祜w行器對(duì)于載重極其敏感，通常1公斤發(fā)射材料便意味著2萬～3萬美元的發(fā)展成本。進(jìn)入21世紀(jì)，我國自主部署多個(gè)重大衛(wèi)星型號(hào)應(yīng)用任務(wù)，它們的光學(xué)成像系統(tǒng)不斷向大口徑、高分辨率方向發(fā)展，對(duì)大口徑輕量化反射鏡的需求與日俱增，自主研制解決大口徑輕量化碳化硅反射鏡成為我國空間遙感技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分?！睋?jù)結(jié)構(gòu)陶瓷與復(fù)合材料工程研究中心副主任劉學(xué)建介紹，先進(jìn)碳化硅陶瓷與傳統(tǒng)熔石英、微晶玻璃等空間光學(xué)材料相比，能全面滿足反射鏡工程應(yīng)用對(duì)材料高比剛度、高熱導(dǎo)率、優(yōu)異光學(xué)加工性能（精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)、組成和結(jié)構(gòu)的各向同性等）及應(yīng)用高可靠性方面的特殊要求，不但性能優(yōu)異還表現(xiàn)出明顯的減重率。

從2001年第一次對(duì)外公布碳化硅空間光學(xué)反射鏡材料研究進(jìn)展開始，到2004年5月國內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)大口徑碳化硅空間反射鏡材料研制成功，黃政仁帶領(lǐng)先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)，終于打破低迷的先進(jìn)陶瓷研究困境，實(shí)現(xiàn)了國際新材料領(lǐng)域的彎道超車。“我記得很清楚，2001年12月29日，我們正式向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)了碳化硅材料研究工作。2002年，我在1年的時(shí)間里差不多做了七八次報(bào)告，就圍繞我們現(xiàn)有的材料基礎(chǔ)講怎樣把技術(shù)方案做大、怎樣解決關(guān)鍵技術(shù)問題。那時(shí)候，材料研發(fā)不容易，闡釋清楚技術(shù)內(nèi)涵和讓別人能夠采納更難?！睂?duì)于那段經(jīng)歷，他格外唏噓。

一直以來，世界各大國都非常重視大口徑反射鏡的研制。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，歐空局的赫歇爾空間天文望遠(yuǎn)鏡反射鏡的尺寸已經(jīng)達(dá)到3.5米，為空間望遠(yuǎn)鏡之冠，由碳化硅陶瓷材料制成；美國在空間遙感系統(tǒng)的發(fā)展最為引人關(guān)注，其軍事偵察衛(wèi)星反射鏡口徑達(dá)3米，對(duì)地分辨率達(dá)0.1米……而黃政仁團(tuán)隊(duì)在原“863”項(xiàng)目的支持下，打通輕量化碳化硅反射鏡研制關(guān)鍵技術(shù)，首次于2005年年初按照工程應(yīng)用要求研制出合格的500毫米以上輕量化碳化硅反射鏡，通過光學(xué)加工、鍍膜、環(huán)模試驗(yàn)考核，為我國自主研制大口徑輕量化碳化硅反射鏡探索出成熟的工藝和技術(shù)路線?！斑@是我國首次實(shí)現(xiàn)了滿足工程應(yīng)用要求的大口徑輕量化反射鏡的國產(chǎn)化?！遍L期以來，但凡涉及300毫米以上的空間反射鏡材料，不論是熔石英、微晶玻璃還是碳化硅均需要進(jìn)口。“像這種戰(zhàn)略性材料，國外不可能沒有控制地出口。也就是說，我們能拿到的資源很有限，甚至是耗費(fèi)大量的資金購買人家‘淘汰’的材料。”正是基于對(duì)國家材料發(fā)展的緊迫認(rèn)識(shí)，黃政仁團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)最終的工程化應(yīng)用，確定了滿足反射鏡光學(xué)性能要求的碳化硅材料體系和制備技術(shù)路線，以期進(jìn)一步優(yōu)化材料研制技術(shù)參數(shù)、提高材料性能。

“2004年5月，我們實(shí)現(xiàn)國內(nèi)第一款520毫米碳化硅反射鏡材料的研制，但最重要的一點(diǎn)是，僅僅將反射鏡材料做出來還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，仍需要后期的鏡面拋光、振動(dòng)試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)等環(huán)節(jié)來驗(yàn)證材料的無缺陷和應(yīng)用可靠性。直到2005年3月，我們終于用首創(chuàng)技術(shù)方案研制出滿足工程應(yīng)用需求的碳化硅反射鏡，真正實(shí)現(xiàn)了大口徑空間輕量化反射鏡的自主研制?！迸c其他技術(shù)單位合作，黃政仁團(tuán)隊(duì)通過振動(dòng)試驗(yàn)、環(huán)境模擬考核、成像質(zhì)量考核等證明了其研制的碳化硅反射鏡能夠滿足航天的高可靠性要求，也證明了自身隊(duì)伍具備新一代空間光學(xué)材料研制能力，扭轉(zhuǎn)了我國空間遙感領(lǐng)域大尺寸反射鏡完全依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面。2009年，“遙感衛(wèi)星”八號(hào)正式升空，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)大尺寸碳化硅反射鏡在工程任務(wù)上的首次成功應(yīng)用，同時(shí)代表著我國空間科學(xué)試驗(yàn)、國土資源勘查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域再添“利器”。黃政仁研究團(tuán)隊(duì)可以驕傲地向世人宣布，“遙感衛(wèi)星”八號(hào)衛(wèi)星搭載的國產(chǎn)第一塊大口徑碳化硅反射鏡正是他們的研究成果。他們，直接助力了我國大口徑輕量化碳化硅反射鏡自主研制和工程應(yīng)用水平的提升。

團(tuán)隊(duì)成員集體合影

徐徐圖之，做大做強(qiáng)

2016年8月16日1時(shí)40分，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——“墨子號(hào)”在甘肅酒泉成功升空；次年，在圓滿完成4個(gè)月的在軌測試任務(wù)之后，“墨子號(hào)”正式交付用戶單位使用。這標(biāo)志著我國空間科學(xué)研究的一大跨步，在量子通信的國際賽跑中，中國作為后來者已經(jīng)躋身于世界一流的量子信息研究行列。

同樣作為踏進(jìn)空間光學(xué)材料研究領(lǐng)域的后來者，先進(jìn)碳化物陶瓷材料團(tuán)隊(duì)為“墨子號(hào)”提供了輕量化空間反射鏡材料。雖全面投身該領(lǐng)域研究較晚，但是，從研制出空間遙感大口徑碳化硅反射鏡，打破國際封鎖，成為國際上僅有的兩家工程產(chǎn)品研制機(jī)構(gòu)之一，到為中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所、航天五院等多個(gè)科研院所研制400余件產(chǎn)品，全面滿足國家戰(zhàn)略需求，在 “墨子號(hào)”“天宮二號(hào)”“風(fēng)云四號(hào)”等23顆衛(wèi)星上獲得應(yīng)用，“后來居上”“黑馬”在先進(jìn)碳化物陶瓷材料團(tuán)隊(duì)這里有了嶄新的詮釋。

只不過對(duì)于這個(gè)隊(duì)伍的每一位成員而言，彎道超車沒有捷徑，是整個(gè)團(tuán)隊(duì)擰成一股繩，一點(diǎn)一滴地拼出來的結(jié)果。

2006年，在完成國內(nèi)第一塊大口徑空間反射鏡研究，并完成“風(fēng)云四號(hào)”衛(wèi)星掃描成像輻射計(jì)反射鏡研制任務(wù)后，先進(jìn)碳化物陶瓷材料團(tuán)隊(duì)在黃政仁的領(lǐng)導(dǎo)下，立足國家、行業(yè)需求逐步形成材料研究、工程化技術(shù)支撐體系。他們說，“材料和部件僅僅在中國科學(xué)院內(nèi)部單位研究、使用還不夠”，要成為行業(yè)研究主力軍還需要“走出去”進(jìn)一步接受市場的考驗(yàn)，驗(yàn)證并提升反射鏡的性能。所以，受中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、航天五院第五〇八研究所、航天五院第七〇四研究所等數(shù)十家科研院所委托，他們陸續(xù)開展了一系列不同規(guī)格、不同使用要求的碳化硅反射鏡研究。

回顧眾多項(xiàng)目的接手工作，黃政仁和團(tuán)隊(duì)成員不約而同地談到了某一國家重大工程任務(wù)招標(biāo)項(xiàng)目。那是他們以競標(biāo)成功的方式正式獲得領(lǐng)域研究身份認(rèn)證，憑借過硬的產(chǎn)品質(zhì)量挺進(jìn)國內(nèi)行業(yè)研究“一線”的里程碑。而事實(shí)上，2007年—2009年，從項(xiàng)目立項(xiàng)到結(jié)題，他們也的確不負(fù)眾望，不但交出了與過去同類項(xiàng)目毫不遜色的技術(shù)攻關(guān)答卷，還實(shí)現(xiàn)了材料和技術(shù)的驗(yàn)證，生產(chǎn)出十幾個(gè)規(guī)格的反射鏡。其中有3個(gè)規(guī)格的反射鏡因質(zhì)量過硬更是獲得用戶高度認(rèn)可，直接進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用環(huán)節(jié)。隨后，先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)整合前期發(fā)展的重要成果，將創(chuàng)新性研究工作作為核心內(nèi)容之一，先后申報(bào)了省部級(jí)及國家獎(jiǎng)項(xiàng)目，憑借產(chǎn)學(xué)研用一體化優(yōu)勢(shì)發(fā)展模式，獲得2011年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2012年度軍隊(duì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也獲評(píng)“中國載人航天突出貢獻(xiàn)集體”稱號(hào)。

黃政仁說：“圍繞國家和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求來做科研，這是我們的核心?！弊允贾两K，他把握?qǐng)F(tuán)隊(duì)方向，從未偏離工程化目標(biāo)，哪怕是在剛剛邁進(jìn)空間光學(xué)材料領(lǐng)域研究門檻的2002年年初，在舉步維艱的技術(shù)突破瓶頸期，這個(gè)想法也從未被拋棄?！爸魂P(guān)注材料只能把材料做出來，必須真正關(guān)注應(yīng)用，我們才能將部件生產(chǎn)出來”，黃政仁時(shí)刻謹(jǐn)記原中國科學(xué)院院長路甬祥院士提出的12字方針：“料要成材、材要成器、器要好用?！毕噍^于傳統(tǒng)基礎(chǔ)研究隊(duì)伍關(guān)注由料成材的重要性，他的研究團(tuán)隊(duì)顯然更注重“成器”“好用”層面，眼觀六路，以時(shí)代發(fā)展需要與否、市場反饋好壞與否決定器件研發(fā)價(jià)值和生產(chǎn)走向。

“從光學(xué)反射鏡來看，它的判定標(biāo)準(zhǔn)就那么幾項(xiàng)，第一個(gè)是鏡子不能有任何缺陷，不同尺寸、不同規(guī)格都必須可靠；第二個(gè)是鏡子材料要無氣泡、無瑕疵，以滿足光學(xué)鏡面的高精度要求；第三，也就是最核心的內(nèi)容，那就是即便鏡子尺寸變大，但材料內(nèi)部不能有宏觀殘余應(yīng)力，否則鏡子成像圖片會(huì)扭曲變形。”黃政仁解釋說，無應(yīng)力、無缺陷、高可靠，這三點(diǎn)與材料的力學(xué)性能并沒有多大關(guān)系，單純地關(guān)注材料強(qiáng)度、韌性等普遍認(rèn)知的功能遠(yuǎn)不如關(guān)注部件可靠性與缺陷重要，例如，在未來要使用的2000毫米、3000毫米甚至更大尺寸的光學(xué)反射鏡，其可靠性和缺陷控制至關(guān)重要。

2018年3月8日，“高景一號(hào)”衛(wèi)星相機(jī)鏡頭里的意大利—威尼斯。（圖片來源：世景之圖官微）

近些年來，隨著“高分”一號(hào)、二號(hào)、四號(hào)、五號(hào)、六號(hào)、九號(hào)，“風(fēng)云四號(hào)”以及商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星高景系列衛(wèi)星的發(fā)射，中國空間遙感真正迎來了高清時(shí)代?！啊叻炙奶?hào)’為目前世界上空間分辨率最高（全色分辨率50米）、幅寬最大（全色幅寬500千米）的地球同步軌道遙感衛(wèi)星?！薄啊L(fēng)云四號(hào)’是一顆領(lǐng)先于西方的氣象衛(wèi)星，在國際上首次實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道的大氣高光譜垂直探測，并與成像輻射計(jì)共平臺(tái)，可聯(lián)合進(jìn)行大氣多通道成像觀測和高光譜垂直探測。”“高景系列衛(wèi)星被視作國內(nèi)首個(gè)具備0.5米高分辨率、高敏捷、多模式成像能力的商業(yè)衛(wèi)星星座，不僅可以獲取多點(diǎn)、多條帶拼接等影像數(shù)據(jù)，還能進(jìn)行質(zhì)量優(yōu)良、定位精準(zhǔn)的立體圖像采集?！薄鳛檫@些衛(wèi)星關(guān)鍵光學(xué)系統(tǒng)反射鏡材料、部件的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)謀求到更多的資源和平臺(tái)支持，實(shí)現(xiàn)了部件研制環(huán)節(jié)的自主化，逐漸步入大發(fā)展階段。“2017—2019年，我們系統(tǒng)加強(qiáng)了大尺寸輕量化碳化硅反射鏡工程化研制平臺(tái)的建設(shè)，預(yù)計(jì)形成2000毫米以內(nèi)尺寸空間輕量化碳化硅反射鏡的高效快速制備技術(shù)和工程化研產(chǎn)能力，3000毫米超大尺寸碳化硅反射鏡研制能力，全面滿足國家戰(zhàn)略需求?！迸c此同時(shí)，他們還將積極部署新一代碳化硅陶瓷基光學(xué)材料與部件在材料設(shè)計(jì)與制備技術(shù)上的創(chuàng)新研發(fā)，達(dá)到全面滿足我國空基與地基大尺寸成像光學(xué)系統(tǒng)升級(jí)換代對(duì)新型光學(xué)材料的迫切需求、核心技術(shù)引領(lǐng)世界先進(jìn)水平的戰(zhàn)略目標(biāo)。除了推動(dòng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)成果向其他應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵重點(diǎn)高性能碳化硅陶瓷產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代、解決行業(yè)急需，他們還在上海建成了綜合技術(shù)國際領(lǐng)先、創(chuàng)新能力與規(guī)模國內(nèi)最大的高端碳化硅陶瓷部件研發(fā)、生產(chǎn)基地。

黃政仁指導(dǎo)學(xué)生

靶向狙擊，多棲生長

如果將先進(jìn)陶瓷材料的定向研究比作一棵大樹的主干，以黃政仁為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)所進(jìn)行的空間反射鏡材料研究只不過是它枝干的組成部分。被公認(rèn)為安全、節(jié)能、環(huán)境友好和清潔材料，先進(jìn)陶瓷構(gòu)件以其優(yōu)越的物理、化學(xué)特性在重型裝備、結(jié)構(gòu)電子器件，以及包括熱交換器、輻射燃燒器等高溫工業(yè)壓力裝置等領(lǐng)域搶占強(qiáng)勢(shì)位置，并配合制造產(chǎn)業(yè)中材料技術(shù)的運(yùn)用成為先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的重要“枝葉”。

2015年，實(shí)施“中國制造2025”首次在《政府工作報(bào)告》中被提出，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，自此成為貫穿國家工作部署的關(guān)鍵詞之一。同年6月，李克強(qiáng)總理的講話擲地有聲，“工業(yè)制造是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，是實(shí)現(xiàn)發(fā)展升級(jí)的國之重器。我們提出‘中國制造2025’，實(shí)際上是推進(jìn)‘中國制造’的不斷升級(jí)，努力形成我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)能”。制造業(yè)和信息化在科技與制造融合過程中被推向了一個(gè)前所未有的高度，同樣，隸屬于電子信息產(chǎn)業(yè)、擁有大量生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的半導(dǎo)體行業(yè)也站在了世界產(chǎn)業(yè)分工格局重塑與中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史性時(shí)刻。

而伴隨半導(dǎo)體制備工藝的提升需求，光刻機(jī)等高端微電子裝備對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性、精密性提出了更高的要求?？紤]到光刻機(jī)對(duì)于部件尺寸、精密度等超高的要求，黃政仁領(lǐng)銜先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮碳化硅陶瓷低密度、高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)，以及抗化學(xué)腐蝕、抗氧化等系列優(yōu)點(diǎn)，切實(shí)瞄準(zhǔn)應(yīng)用需求，以碳化硅陶瓷反射鏡制備技術(shù)成果為基礎(chǔ)，開發(fā)大尺寸高精密常壓燒結(jié)碳化硅陶瓷部件制備技術(shù)，研制、建立微電子裝備用大尺寸高精密碳化硅陶瓷部件關(guān)鍵裝備平臺(tái)，完成了大尺寸高精密碳化硅陶瓷制備技術(shù)成果轉(zhuǎn)化；形成了年產(chǎn)200套碳化硅部件生產(chǎn)能力，覆蓋國內(nèi)光刻機(jī)5億元人民幣碳化硅部件應(yīng)用需求；突破大尺寸高精密碳化硅陶瓷部件的國外技術(shù)封鎖，支撐國內(nèi)微電子裝備制造業(yè)向更高端、更精密的方向發(fā)展，加快我國向微電子強(qiáng)國前進(jìn)的步伐。

與此同時(shí)，結(jié)合光刻機(jī)等高端微電子裝備制備發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)國內(nèi)以上海微電子裝備公司為代表的微電子裝備制造單位的實(shí)際需求，他們還準(zhǔn)備開展大尺寸、輕量化碳化硅陶瓷部件關(guān)鍵制備技術(shù)研究，研制滿足國內(nèi)8.5代光刻機(jī)研制所需碳化硅陶瓷基板及其他部件，為10代以上F P D光刻機(jī)所需的陶瓷部件的研制奠定基礎(chǔ)。此外，針對(duì)實(shí)現(xiàn)高純碳化硅體材部件制備的核心技術(shù)——低含量燒結(jié)助劑微變形高溫?zé)Y(jié)，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)的資金扶持下，黃政仁表示會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化燒結(jié)助劑成分設(shè)計(jì)和優(yōu)選及燒結(jié)工藝制度的精確控制?！艾F(xiàn)階段，我們研發(fā)的光刻機(jī)使用的碳化硅導(dǎo)軌、基座等已經(jīng)成功應(yīng)用，并小批量生產(chǎn)，有實(shí)力替代傳統(tǒng)的進(jìn)口產(chǎn)品。在進(jìn)一步的發(fā)展中，我們應(yīng)深入思考如何將產(chǎn)品質(zhì)量做得更穩(wěn)定，怎樣建立國際信任關(guān)系，并加快技術(shù)、產(chǎn)品的推廣?！?/p>

在碳化硅陶瓷熱交換材料研究方面，面對(duì)工業(yè)節(jié)能換熱領(lǐng)域內(nèi)的集中問題，先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)打破國外技術(shù)封鎖，在國內(nèi)率先開展新型碳化硅陶瓷熱交換部件的研究開發(fā)，不僅發(fā)現(xiàn)了高韌性碳化硅、大功率無感導(dǎo)電碳化硅、碳化硅多孔陶瓷等系列碳化物陶瓷新材料，還研制出耐高溫、耐腐蝕、長壽命、高效率S i C陶瓷熱交換材料，成為國際上第二家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的機(jī)構(gòu)，為工業(yè)領(lǐng)域能量交換與余熱回收利用產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了關(guān)鍵新材料，申請(qǐng)了多項(xiàng)核心技術(shù)發(fā)明專利。

陳忠明現(xiàn)場檢驗(yàn)大尺寸碳化硅反射鏡

劉學(xué)建在實(shí)驗(yàn)室檢查設(shè)備

集眾力者，方成大事

如今，基礎(chǔ)材料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展齊頭并進(jìn)，先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)從按需設(shè)計(jì)、按需突破，逐漸走向以型號(hào)設(shè)計(jì)引領(lǐng)市場、用材料研發(fā)帶動(dòng)需求進(jìn)步。在黃政仁看來，跨越式的發(fā)展得益于團(tuán)隊(duì)多年的深厚積累，也應(yīng)該歸功于“從應(yīng)用需求出發(fā)尋找研究核心元素”的發(fā)展理念。他還表示，“團(tuán)結(jié)協(xié)作、創(chuàng)新奉獻(xiàn)”是多年來形成的團(tuán)隊(duì)文化，奉獻(xiàn)雖位列最后但卻尤為重要?！拔姨貏e感謝我們科研團(tuán)隊(duì)，很大程度上，甚至對(duì)團(tuán)隊(duì)成員感到內(nèi)疚。因?yàn)樗麄兇_實(shí)加班加點(diǎn)放棄了每年的‘五一’‘十一’假期及春節(jié)長假，把大多精力都投入到科研攻關(guān)當(dāng)中。”

這些年來，一次次彎道超車的背后是整個(gè)團(tuán)隊(duì)敢拼敢干的精神作為支撐。作為課題組內(nèi)極具責(zé)任心的代表，黃政仁身兼先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所長，將科研與管理分時(shí)、分地劃出明確的界限。一周5天的工作日，他全身心地忙碌著寧波材料技術(shù)與工程研究所的規(guī)劃管理和戰(zhàn)略性方向的布局，每到周五晚上或者周六清晨，便會(huì)驅(qū)車200多公里，趕到上海硅酸鹽研究所的辦公室?！安还芪沂前胍沟竭€是周末到，陳老師都會(huì)在實(shí)驗(yàn)室。”黃政仁說。

陳忠明是課題組內(nèi)公認(rèn)的“拼命三郎”，他一心埋頭研究早已將工作視為生活的常態(tài)，就連同事都曾笑稱：“機(jī)器24小時(shí)不停，其他人三班倒，陳老師是三班都不倒?！睂?duì)于這些調(diào)侃，陳忠明總是一笑置之，對(duì)于習(xí)以為常的加班，他有著自己的理解：“想要實(shí)現(xiàn)趕超，又想要雙休日基本是沒可能的。別人本來就先進(jìn)，我們還同人家保持一樣的工作節(jié)奏，超越完全不現(xiàn)實(shí)。彎道超車這句口號(hào)喊起來容易，但這個(gè)追趕過程萬分艱難，努力是必需的。同時(shí)，當(dāng)彎道超車實(shí)現(xiàn)了，想要保住優(yōu)秀的位置還需要持續(xù)努力?！?/p>

拼搏和勤奮已然成為這個(gè)隊(duì)伍的傳承，而舍小我、成就團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神也在這里得到彰顯。黃政仁講述道：“2006年，組內(nèi)的劉學(xué)建老師放棄了個(gè)人極具前景的研究方向，全身心地支持團(tuán)隊(duì)發(fā)展，這對(duì)于科研人員來說極其不易。但是，從我們目前的成果產(chǎn)出，從我們隊(duì)員之間的相互信任、相互支持來說，每個(gè)人的取舍都是值得的?！笨蒲泄ぷ鞯脑鷮?shí)推進(jìn)對(duì)他們而言是多年付出的回報(bào)，而彼此之間的協(xié)作默契、互相扶持則更代表著一份可貴的人生收獲。

作為隊(duì)伍領(lǐng)頭羊，從黃政仁的個(gè)人層面來講，在同事和學(xué)生眼中，他是睿智的、仔細(xì)的，極具人格魅力。他會(huì)繪聲繪色地給學(xué)生講解理論知識(shí)，也會(huì)因?yàn)檎n件流程圖設(shè)計(jì)的調(diào)色問題，手把手教組員1個(gè)多小時(shí)?！包S老師特別追求完美，他認(rèn)為從細(xì)節(jié)方面可以看出每個(gè)人不同的工作狀態(tài)。”“黃所長興奮的時(shí)候像個(gè)小孩，工作抓得很緊，而該放松休息的時(shí)候也善于調(diào)節(jié)壓力，玩也要玩出門道。”早年間因?yàn)闃I(yè)余興趣，黃政仁毛遂自薦擔(dān)任起研究所內(nèi)棋牌協(xié)會(huì)會(huì)長，逐漸養(yǎng)成了打牌放松思維的習(xí)慣。慢慢地，他的這項(xiàng)愛好也成為一個(gè)快速了解團(tuán)隊(duì)成員的秘訣，“組里很多年輕人，我都會(huì)跟他們打打牌”，在他看來，握牌的姿勢(shì)、出牌的習(xí)慣等細(xì)節(jié)都能側(cè)面反映出人的狀態(tài)，和新成員打一次紙牌也成為他快速了解他們的渠道之一。

“實(shí)干興邦、空談?wù)`國”是黃政仁于2011年，作為第四屆上海領(lǐng)軍人才寫下的座右銘。他認(rèn)為，實(shí)干是團(tuán)隊(duì)發(fā)展的關(guān)鍵，對(duì)家國的情懷和自身研究的自信心也讓他們有實(shí)力做好，更有能力去做到更好。在進(jìn)一步的發(fā)展布局中，他表示，會(huì)持續(xù)強(qiáng)化光學(xué)反射鏡、碳化硅陶瓷熱交換材料及自我技術(shù)革命等幾大研究內(nèi)容，借助國家和地方的項(xiàng)目支持，加快相關(guān)研究的技術(shù)攻關(guān)步伐，“希望在2020年前后，將核心技術(shù)、裝備集成，徹底打通產(chǎn)業(yè)化環(huán)節(jié)，大規(guī)模促進(jìn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展”。對(duì)于科研團(tuán)隊(duì)的發(fā)展，黃政仁則表示：“僅有領(lǐng)軍人才，不足以實(shí)現(xiàn)科技成果的產(chǎn)業(yè)化。”他指出，定點(diǎn)、定向培養(yǎng)各環(huán)節(jié)人才，特別是工程技術(shù)人才是科研成果轉(zhuǎn)化的技術(shù)支撐。出于對(duì)領(lǐng)域人才發(fā)展性質(zhì)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)制約等因素的考量，他們會(huì)繼續(xù)以所內(nèi)人才挖掘和培養(yǎng)為主，加快人才體系的健全發(fā)展，同時(shí)適當(dāng)引進(jìn)管理、市場拓展人才完善組織的人才結(jié)構(gòu)。

“科技是國家強(qiáng)盛之基、是國之利器，國家賴之以強(qiáng)，企業(yè)賴之以贏，人民生活賴之以好?！睂?duì)黃政仁和他領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)而言，在追逐科研利國、利家、利民的道路上，當(dāng)勤勉傍身、永無止境。

先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究團(tuán)隊(duì)概況：

先進(jìn)碳化物陶瓷材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)始建于1978年，是國際上先進(jìn)碳化物陶瓷材料研究的最重要團(tuán)隊(duì)之一。在先進(jìn)碳化物陶瓷材料的材料設(shè)計(jì)優(yōu)化、成型、制備、燒結(jié)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能調(diào)控等方面建立了系統(tǒng)的理論體系，從自主研制機(jī)械密封材料、空間光學(xué)系統(tǒng)反射鏡、碳化硅陶瓷熱交換材料等方面開創(chuàng)、引領(lǐng)了我國先進(jìn)碳化物陶瓷材料的研究和技術(shù)發(fā)展，加速了碳化物陶瓷材料的設(shè)計(jì)、制備、表征和工程應(yīng)用研究。團(tuán)隊(duì)成員53人，包括中國工程院院士1人，正高級(jí)5人、副高12人，研究生17人，是一支梯度合理、具有較強(qiáng)創(chuàng)新和研發(fā)能力的高效科研團(tuán)隊(duì)。2014年入選為國家科學(xué)技術(shù)部創(chuàng)新人才推薦計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

團(tuán)隊(duì)核心價(jià)值觀為團(tuán)結(jié)、高效、服務(wù)、奉獻(xiàn)，管理采取課題組長、助理、9大員（保密員、安全員、專利員、預(yù)算員、質(zhì)量/檢驗(yàn)內(nèi)審員、質(zhì)量內(nèi)控員、裝備計(jì)量員、庫管員、衛(wèi)生員）模式。

尤其在空間光學(xué)系統(tǒng)核心大口徑光學(xué)反射鏡研究層面，自2002年，團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)國家空間遙感領(lǐng)域跨越發(fā)展對(duì)大口徑光學(xué)反射鏡迫切的需求，開展碳化硅陶瓷反射鏡研發(fā)，突破國際封鎖，部署開展引領(lǐng)大口徑空間輕量化反射鏡發(fā)展方向的碳化硅反射鏡研制，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料與制備關(guān)鍵技術(shù)，使中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所成為目前國內(nèi)唯一、國際僅有的具備1000毫米以上口徑航天工程產(chǎn)品研制能力的兩家機(jī)構(gòu)之一。截至目前，已研制提供400余件合格產(chǎn)品，在包括“遙感八號(hào)”“天宮一號(hào)”“天宮二號(hào)”“天繪一號(hào)”“嫦娥三號(hào)”“墨子號(hào)”“風(fēng)云四號(hào)”以及高分系列衛(wèi)星在內(nèi)的23顆衛(wèi)星上獲得應(yīng)用。