材料“尖兵” 助力国防

本刊记者 谢更好

材料“尖兵” 助力国防

本刊记者 谢更好

主要从事在高应变率载荷条件下高性能金属结构材料（钛合金、镍钨合金）的微观组织结构演化、高纯度难熔金属（钨、铼、铌等）的化学气相沉积以及医用镁合金等几个领域开展工作。曾获国防科技进步奖一等奖1项、二等奖1项，中核集团科技进步奖一等奖1项，《中国有色金属学报（英文版）》优秀学术论文奖一等奖1项。

国泰民安须思危，富国强兵防未然。北京理工大学教授谭成文说：“我们希望能够通过自己的力量，为国防事业，为国计民生做一点贡献”。朴实的话语饱含着深沉真挚的家国情怀。

怀揣着这份情怀，谭成文一直致力于极端环境下金属材料的研究，他在高应变率载荷条件下高性能金属结构材料（钛合金、镍钨合金）的微观组织结构演化、高纯度难熔金属（钨、铼、铌、钽等）的化学气相沉积几个领域开展工作。

这些年来，谭成文及其团队突破了空间核反应堆热离子燃料元件大尺寸钨单晶涂层制备技术，使我国成为继俄罗斯之后世界上第二个可以生产大尺寸钨单晶涂层的国家；研制了我国第一代超声速导弹半穿甲战斗部壳体高抗绝热剪切破坏钛合金，实现了战斗部毁伤效能的跨越式发展；开发了难熔金属/稀贵金属常压化学气相沉积制备技术及前驱体回收再利用技术，打破了相关领域关键部件的国外垄断。

天下兴亡，匹夫有责

梁启超先生在《新民说》中提到：“若无国防，则国难屡起，民将不得安其业”。当下的中国社会，经济文化繁荣，人民幸福，但是不容否认，社会发展过程中诸多矛盾、问题盘根错节，国家安全和社会安定仍然面临诸多威胁与挑战。

国防之重，重于泰山；而国防之要，要在武器。

国人一定不会忘记，万众瞩目的阅兵仪式上，我军一大批新型现役主战装备逐一亮相，展示了强大的国威军威，展示了当代中国国力之强大，举国振奋，世界为之震惊。“阅兵式上展示的先进武器对于稳定周边局势，震慑敌对势力起到了非常重要的作用。”谭成文自豪地说道，“我们参与研制了我国第一代应用于超声速反舰导弹战斗部的高抗绝热剪切破坏钛合金，这项研究为我国高性能导弹的跨越式发展做出了重要贡献”。

导弹战斗部是导弹武器系统的有效载荷，对目标的毁伤效能主要靠战斗部的性能来保证，因此导弹战斗部对其壳体材料提出了极高的综合性能要求。而随着技术的不断进步，导弹的着靶速度正成倍地飞速提高，大量的导弹着靶速度已经突破亚音速，进入超声速甚至超高声速。因此，导弹战斗部壳体结构材料处于高压、高温和高应变率极端环境下，材料的力学行为与准静态环境显著不同，常规的材料设计思想已经无法满足使用要求。基于此，在前辈科学家的工作基础上谭成文及其团队提出了高速碰撞环境下应用的金属材料的新的设计思想和评价技术，参与研制了我国第一代应用于超声速反舰导弹战斗部的高抗绝热剪切破坏钛合金。

对于钛合金的绝热剪切变形及断裂破坏等的研究，国内外已开展了很多。国内的相关研究工作在国际上也有相当的影响力。但之前的研究多集中于基础的材料学及力学问题，而与具体应用的结合很少。

“研究初期，我们遇到了较大的困难，可以说屡受挫折。”谭成文说道。早期所用的研究材料总是不能达到预期，而且时间紧张，任务艰巨，团队的每一个人压力都很大。这种情况下，谭成文和他的团队只能不断尝试，一次又一次重新来过，他们几乎将几十年该领域的研究成果重新梳理一遍，从中不断总结经验，发现细节。

在研究过程中，谭成文和他的团队选用了多种不同组织和组织细节的钛基合金作为研究对象，研究其绝热剪切变形断裂行为，并且为了更全面地对此问题进行探讨，甚至选用了同样是六方结构的镁合金和其他类型钛合金进行对比研究。

谭成文说，“这个研究过程尽管艰辛却有着重要的意义，只有在研究过程中，我们才能对自己的研究结果逐步清晰”。他们发现了相对于层片组织的钛基合金，具有双态组织的合金抗绝热剪切破坏能力更强；探索出了组织细节（如板条宽度、纤维取向等）对于钛基合金中绝热剪切现象的影响；揭示了具有等轴、双态及层片组织钛基合金中绝热剪切带的分叉、交截等作用规律，并建立了绝热剪切带分叉及交截作用过程模型；发现钛合金在冲击环境下的一种主要破坏方式（层裂）与绝热剪切现象并无必然联系。正是这些研究发现，最终帮助谭成文和他的团队实现了突破创新。

此外，还有其他一些困难，比如对钛合金绝热剪切带相互作用规律研究过程中，需采用透射电子显微镜对某些特定位置进行观察研究，但是，采用传统的透射电子显微镜试样制备方法无法达到精确定位的要求。为了解决这个困难，谭成文和他的团队积极奔走，在与外单位的协调和合作中，选用了先进的聚焦离子束方法精确制备透射电子显微镜试样，试样质量及制备效率均较高，最终满足了研究所需。

正所谓功夫不负有心人，正是这样一步步的研究探索，在失败中不断尝试并勇于创新，谭成文和他的团队圆满完成任务，最终研制了我国第一代超声速导弹半穿甲战斗部壳体钛合金，此方向获国防科技奖一等奖、二等奖各一项。

近期，谭成文和他的团队又研制了战斗部用镍基高强韧合金等新型材料，克服了高速钻地战斗部采用超高强度钢侵彻能力不足的问题，是未来超高声速导弹战斗部的优良备选材料。

先贤顾炎武早就发出了“天下兴亡，匹夫有责”的呐喊，谭成文和他的团队可谓身体力行。在自己的研究领域，他们肩负起天下兴亡的匹夫之责，并且从未止步。

国计民生，家国情怀

随着我国航天事业的不断发展，飞行器对电源的要求越来越高。从卫星对电源功率的需求考虑, 已从最初的几十瓦发展到目前的几十千瓦甚至更高，并且每过十年电源功率需翻一翻。目前可知的能适合大功率长寿命卫星应用的电源只有太阳能和核能电源。

谭成文说：“未来的太空武器需要更大功率( 几百千瓦直至兆瓦级) 的电源，热离子空间反应堆电源就成为首选电源之一。”热离子空间反应堆电源具有功率/质量、功率/体积和功率/面积比高，并具有短期功率提升能力, 适用于用作中低轨道的大功率军用侦察卫星、海洋监视卫星、军用通信卫星。由于其表面积小、质量轻，因此姿态控制比用电池阵的太阳能电源的卫星要稳定, 能使侦察目标的定点更精确, 卫星照片更清晰。此外还有卫星的机动性,战时生存能力强等优点。如果和电火箭配合，可进行卫星的变轨。

目前，俄罗斯在此领域处于国际上的领先水平，是世界上唯一实现热离子空间反应堆电源应用的国家。我国于上世纪70年代即开展了此领域的研究工作，但受制于基础工业落后的限制一直未取得实质性进展，其中阴极钨单晶涂层制备技术未能突破是主要的原因之一。

“我们通过与兄弟单位密切合作，实现了钨单晶涂层化学输运沉积制备技术的根本性突破，使我国成为继俄罗斯后世界上第二个拥有此技术的国家，为我国大功率长寿命空间核电源的研制提供了关键材料奠定了重要基础”。

谭成文说：“我们一直致力于材料研究，国防应用是其中的一部分，我们也在更多地思考，希望将研究成果更多地推广到民用领域，能为国计民生贡献自己的力量”。基于这样的研究目标，谭成文和他的团队开发了高熔点金属钨、钼、铌、钽、铂和铱等异形、薄壁、多孔制品常压化学气相沉积制备技术，成功应用于核工业、航空、航天和生物医用等重要领域。

高熔点金属材料构件通常采用粉末冶金成形，但是航空、航天等领域通常应用的是复杂的异形件、薄壁件或涂层，生物医用领域则多采用多孔形式，采用粉末冶金成形工艺几乎不可能实现。谭成文教授及其团队通过十余年的不懈努力，突破了氟化物前驱体制备技术、化学气相沉积难熔金属制品高效制备技术、贵金属循环利用技术等多项关键技术，成功制备了钨薄壁加热体、铼/铱复合喷管样件、Pt/Al和MoSi2抗氧化涂层、多孔钽种植体样件等多种高端难熔金属制品，并逐渐推向市场应用，将很快结束国外在相关领域的垄断。

谭成文和他的团队一直秉承着这份家国情怀从事科学研究，在科技强国，国防强国的路上，他们一直在努力。

传道授业，科教兴邦

“我除了是一名科研人员，还是一名大学教师。”谭成文说道，“个人的科研力量是非常有限的，我真正希望的是培养一批国防材料领域的尖端人才，让他们真正实现科教兴邦的理想。”

如今，谭成文在北京理工大学担任教授，带领着自己的科研团队，边做科研，边教书。

对于本科生的教学，谭成文表示：“要尽可能培养学生的学习兴趣，夯实基础”。谭成文对于教学工作极为认真，多年来一直承担本专业核心专业基础课的讲授，并尽可能将理论结合科研实践深入浅出地教授给学生，便于学生接受。

团体合影

他常常与学生沟通，解答学生在专业学习中的困惑，帮助学生解决实践中遇到的问题，注意发现和培养潜在人才。“有些优秀的大三学生，我会让他们参与到科研当中”谭成文说：“较早接触科研实践，能够帮助他们打好科研的基础，帮助他们更快地成长。”事实证明，本科生在科研实践中的表现是非常优秀的，在他课题组走出的本科生很多进入国内外最好的大学继续深造。

另外，在谭成文的科研团队成员中，除了知名的前辈、教授、各领域专家之外，还有博士生、研究生。“对于博士生、研究生的培养，我更希望他们接触最前沿的知识和信息，培养他们独立思考和创新的能力。”谭成文这样说道。

在科研项目的研究过程中，谭成文很注意对学生的引导和鼓励。他常常和学生一起动手实践，一起讨论问题，倾听学生的见解，和他们分享自己的心得。谭成文表示，“我喜欢和他们一起动手实践，在科研中我们是最快乐的”。

在这个团队中，大家分工明确，又团结合作，科研氛围活泼有序，遇到问题大家一起解决，有了成果大家一起分享喜悦。学生不仅可以与该领域专家交流学习，还可以独立思考，动手实践，在科研过程中边学习边成长。他的学生表示“正是在科研中不断实践，不断尝试，不断解决新的问题，让我们感受到了科研的快乐”，在这种培养模式下，学生成长进步很快。

“教书育人，对于我而言，是一份责任”。在谭成文看来，国防材料领域的科研、教学工作，最终目的是解决国防需求，为国计民生培养尖端人才。科教兴国是几代人的梦想，而他，正走在实现梦想的道路上。

专家简介：

谭成文，1977年生，北京理工大学材料学院教授、博士生导师。2004年毕业于北京理工大学，获博士学位。中国机电产品进出口评标专家组成员，国家自然科学基金通讯评议人，国际期刊Materials and Design、Materials Characterization、Journal of Physics and Chemistry of Solids、Materials Science and Engineering A、Journal of Visualized Experiments、Materials Science and Technology以及国内期刊《有色金属学报》《兵工学报》《火炸药学报》等期刊审稿人。