深耕鎢合金，這位學者將納米鎢研究到極致

鎢在冶金和金屬材料領域中屬高熔點稀有金屬或稱難熔稀有金屬，是國家重要的戰略儲備資源。鎢是現代工業、國防及高新技術應用中的極為重要的功能材料之一，以鎢為主材製造的硬質合金被譽為“工業牙齒”。雖然我國目前在高端合金領域的整體實力仍落後於國外發達國家，但經過多年的努力，研發實力不斷提升。本文主要介紹一位深耕鎢合金研究20多年的女學者——中南大學粉末冶金研究院難熔金屬與硬質合金研究所所長范景蓮教授。

在2018年5月10日湖南日報第三版《“范納米”和她的高端新材料》上，媒體專門介紹了范景蓮教授。20多年來，范景蓮不斷攻克世界級技術難關，研發出微納複合輕質難熔金屬基複合材料、高性能鎢基複合材料，並成功實現產業化，材料產品應用於我國航空航太、飛行器等重點領域。

硬質合金之所以是“硬骨頭”，一是我國從20世紀50年代末開始鎢基合金研究，早已實現批量生產，並經過反復開發，實在不算一個“新”領域，似乎難有“新”成績;二是當時鎢基複合材料已經難以滿足尖端技術領域的發展需要，范景蓮選擇這一課題時，導師的兩句話打動范景蓮，一句是“做出一個在資料上查不到的東西”，一句是“你不僅要當這個領域中國的學術帶頭人，更要當全球的學術帶頭人”。

“做出一個在資料上查不到的東西”成為范景蓮的工作目標，在做了大量基礎研究之後，1998年，范景蓮敢啃“硬骨頭”，率先提出“納米複合”鎢合金概念即用納米技術細晶化鎢合金，這在國內外都是首創。

在此之前，粉末冶金製備就像“炒菜”，由大顆粒的金屬粉末元素混合製備成合金。讓金屬元素實現原子、分子級的原位複合，當時無異於“天方夜譚”。所以“一開始阻力非常大，因為這是在挑戰傳統方法，很多人並不看好。

一次次失敗又重來，最終找到了突破口，粉末超飽和固溶使W-Ni-Fe粉末產生低溫熔融特性轉變，在1350至1450攝氏度燒結時，可達到99%以上的緻密度。

鎢和銅熔點相差大，被稱為兩相結構假合金。通過納米複合，改變相互特性，讓原本互不相熔的兩種金屬，實現原子級均勻分佈，從而變“假合金”為“真合金”。

創想得到證實，研究步步跟進。根據這一技術設計開發出的相關材料和部件，已成功應用於我國重大型號戰略導彈。2015年，范景蓮教授團隊與株洲硬質合金集團有限公司共同完成的“高性能鎢基複合材料及其應用”專案，榮獲國家技術發明二等獎。

當時，國家在研發的一種新型超高速飛行器，其在近地空間以Ma5～20長時間飛行，其前端關鍵結構部件表面產生2000至3000攝氏度高溫，承受強表面氧化和高動壓高超載衝擊，這對熱端構件提出了極為苛刻的使用要求，是國際公認最突出技術難題。

一次，一篇有關雜交水稻的報導讓范景蓮靈光乍現，如果用超高溫陶瓷材料和難熔金屬實現“微納複合”，是不是可以像雜交水稻一樣，實現雙方優勢互補，既有陶瓷的高熔點、低密度等特性，又擁有金屬的延展性呢?

像雜交水稻一樣“雜交”陶瓷材料與難熔金屬是范景蓮在難熔金屬領域開始攀爬又一座新高峰。與“金屬+金屬”的複合材料相比，“金屬+陶瓷”形成複合材料的難度呈幾何倍數增加，因為一個是有機材料，一個是無機材料;一個導電導熱，一個不導電導熱;一個可延展，一個沒有延展性，可謂根本沒有“複合”的基礎。

但是，范景蓮走出一條屬於自己的路，經過層層的試驗，她的團隊終於研製出耐超高溫複合材料，高溫強度提高5倍以上、密度降低一半，這種微納複合輕質難熔金屬基複合材料實現了難熔金屬高溫強韌、輕量化和抗燒蝕一體化設計，其高溫強度比現有超高溫難熔金屬提高5倍以上，密度降低1/2;經風洞和發動機反復考核，材料無破壞、近零燒蝕，可實現空氣中超高溫環境下的長時間抗燒蝕、抗沖刷、抗高超載衝擊，在高超聲速武器熱防護、新型高能發動機等超高溫領域迅速得到推廣和應用。

目前，范景蓮教授已獲得發明專利近50項。繼入選“長江學者”“國家傑出青年”以及享受國務院政府津貼專家之後，2017年，范景蓮成為國家首屆創新爭先獎獲得者並獲得何梁何利科技進步獎。

“把研究成果變成可應用的產品，才能真正體現其價值”，2014年，范景蓮帶著一批一直從事新材料研究的博士、碩士、工程人員，創建長沙微納坤宸新材料有限公司。目前，微納坤宸已成為我國航空航太、國防軍工以及兵器船舶等領域多個型號產品的唯一供應商。（文中主要內容來自湖南日報 記者曹嫻）

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