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傅恒志院士专著《航空航天材料定向凝固》出版发行
作者:  文章来源:  发布时间:2016-01-21  阅读次数:2371

西工大新闻网1月21日电 (杨劼人)近期,由傅恒志院士主持撰写的学术专著《航空航天材料定向凝固》经科学出版社正式出版发行。

此专著立足于我国当前对高性能空天结构材料的重大需求,涉及了定向凝固理论、技术及典型航空航天材料三大板块,许多内容是傅恒志院士团队多年以来的研究成果,不仅涵盖了定向凝固过程中的基础科学理论,以及定向凝固技术的革新,并首次系统展示了晶体生长取向控制、电磁约束成形和电磁冷坩埚定向凝固的研究成果及其独特优势,分析了高温合金、高温金属间化合物和氧化物共晶陶瓷等材料的定向凝固制备技术、组织和力学性能。此书兼具基础性和工程性,是目前我国唯一一部系统全面论述航空航天高温材料定向凝固的原创性学术著作。

当前,随着新一代空天动力装备包括航空发动机、燃气轮机和高速航天飞行器性能的不断提升,高温结构材料及其制备技术成为其发展过程中的难点和瓶颈,备受设计研发人员和学术界的关注。定向凝固技术发展于20世纪初的布里奇曼法,其基本原理是控制材料在单方向热流条件下逐层凝固,晶体生长为逆热流方向进行。定向凝固后的材料由于消除了横向晶界,其初熔温度和高温性能得以大幅提升。其中,航空发动机用定向及单晶高温合金叶片制备成为定向凝固技术应用的典型范例,带动了航空发动机跨时代的发展。

20世纪50年代后,随着凝固过程定量化研究的发展以及凝固科学的出现,研究人员对液固相变过程微观特性进行了系统、深入的研究,并将传热、传质、对流及界面科学应用于液固相变过程、凝固组织的分析和描述,先后发展出固相形核理论、界面形态演化理论、共晶/包晶/偏晶凝固理论等,形成了一个较为完整凝固理论体系。当今凝固理论已成为金属材料锭坯质量控制、机械行业铸件和锻件毛坯制造以及非平衡组织、各向异性组织乃至非晶、纳米晶等先进材料制备的共性理论基础。层出不穷的凝固控制技术支撑着各种现代工业技术的发展。

可以发现,凝固理论中的很多内容是源于人们对定向凝固研究结果的认识和描述,同时,人们在定向凝固研究中也借鉴了许多其它凝固研究工作的成果。随着定向凝固理论和技术的持续发展,以及航空航天用高性能结构材料的研制,为定向凝固技术提供了新的发展空间和机遇,在基本原理和技术研究上都期待着新的突破。当前,在对柱状晶及单晶高温合金生长认识的基础上,为进一步获得各向异性可控的材料,定向凝固朝着更为精确化的晶体取向、枝晶取向乃至多元多相合金显微组织协同控制的方向发展;同时,为了获得具有更为优异性能的显微组织,加热方式、强制冷却、物理场施加等凝固技术手段也在不断革新。

傅恒志院士团队长期以来从事高温合金和定向凝固研究,为推动我国航空航天高性能材料的发展,多年来带领他的弟子及研究团队不懈地耕耘在定向凝固科研一线,在定向凝固理论、技术、材料及其在航空发动机上的应用作出了卓越贡献。其中,由傅院士领导开发的“高温度梯度定向凝固制备超细化材料”技术便是这一发展过程中的典型例证,其研制出的超细化柱晶新型材料的高温性能特别是蠕变、持久性能得到几倍、十几倍甚至更高的提升,预示了令人向往的前景。

“老当益壮,宁移白首之心。”近年来,傅恒志院士不顾年事已高,仍以忘我的精神带领团队从事定向凝固创新性研究,并在国际上首次提出“电磁约束成形定向凝固”和“电磁冷坩埚定向凝固”思想,这对传统定向凝固理论和技术提出了新的挑战,也随之产生了很多值得研究的新的基础科学、工程技术问题。在傅院士领导下,西工大和哈工大团队对此进行了多年潜心研究,取得的成果已经展现出其巨大的优势和发展潜力。

《航空航天材料定向凝固》一书便是在这样的背景下孕育而生的。全书由傅恒志院士提出思想体系及框架,共8章:第一章,绪论;第二章,多元多相合金定向凝固;第三章,定向凝固晶体生长取向与界面各向异性;第四章,电磁约束成形定向凝固;第五章,电磁冷坩埚定向凝固;第六章,高温合金定向凝固;第七章,金属间化合物结构材料定向凝固;第八章,陶瓷材料定向凝固。傅恒志院士本人亲自撰写了该书第一章、第二章、第三章、第五章和第七章的全部或部分内容,材料学院沈军教授、刘林教授、张军教授、李双明教授、杨劼人副教授和哈工大骆良顺副教授参与了部分章节的撰写工作。材料学院李金山教授、苏海军教授和李晓历高工为书稿的出版开展了大量工作。全书翔实地介绍了傅恒志院士及其团队多年来的研究成果,对定向凝固科学技术研究和航空航天高温材料创新发展都具有重要的指导作用与实用价值。书中运用大量实验数据,取得了对多元多相合金的定向生长、界面各向异性、晶体取向、组织演化与控制等领域的新认识,凝结了新观点,充实并发展了定向凝固理论;创新性提出了高温度梯度超细化定向凝固、电磁约束成形、电磁冷坩埚定向凝固、晶体生长及单晶取向控制等定向凝固技术;介绍了以高温合金、单晶合金、金属间化合物、难熔金属、先进陶瓷为代表的新型材料制备工作,其中,金属间化合物及陶瓷材料很可能成为下一代空天飞行器动力机构的关键结构材料。

翻阅完《航空航天材料定向凝固》的读者都能强烈感受到,这部专著是傅恒志院士及其研究团队对定向凝固理论及实践研究的系统思考和总结。整个书稿从思想提出、框架构建、内容论证、章节确定,到撰写、修改及最后的校稿、出版工作,历经近3年,傅恒志院士在其中注入了大量心血和精力,不遗余力的把握着全书的内容体系和脉络,撰写团队只为了能更好的将他对定向凝固的认识、理解和经验介绍给相关领域科研工作者及技术人员。

回顾定向凝固的发展历程,可以看到,定向凝固技术从诞生的那一天起,就肩负着极强的工程化背景,其技术目的性和产品应用特点都非常鲜明。因此,在书稿的撰写过程中,傅恒志院士始终强调这应该是一部基础性和工程性兼备的著作,主要对象为航空航天领域的相关科研人员、研究生及高年级本科生,同时也适用于材料学科、冶金学科的相关科研人员和研究生。

著名超导和稀有金属材料专家周廉院士在本书序言中写到:“傅恒志院士是材料界凝固学大师,多年来他指导西北工业大学凝固技术国家重点实验室取得了多项突出成果。近年来,他不顾年事已高,仍在西北工业大学及哈尔滨工业大学科研一线带领学生从事定向凝固创新性研究,并取得了一批成果,他是材料界同行值得尊敬和学习的楷模。本书必将推动凝固科学及材料科学的发展,特别是对航空发动机当前使用的高温结构材料的研制及下一代结构材料的发展具有重要的指导意义。”

西工大材料学院杰出校友赵振业院士在通阅完此书后感慨道:“《航空航天材料定向凝固》不仅是一部学术性、基础性很强的专著,更是一部凝固领域内难得的教科书。它为研究和使用高温合金的工程技术人员、高等院校的材料科学与工程专业教师和研究生带来理论、技术知识和研究方法教益。我与傅恒志院士有较多接触,读《航空航天材料定向凝固》如见其人,智慧、刚毅、追求。一位八十多岁高龄老人奉献了如此巨著,如此的研究和如此的成果,他是一位令我敬佩的、真正的教授和博士生导师。”

令人深感敬佩的是,在本书正式出版后,傅恒志院士仍然没有停止他对航空航天材料发展的思考和工作。在新材料和新技术发展日新月异的今天,傅院士强烈的感受到,对于一名航空航天材料领域工作者,只有对高温结构材料物理本质有更为深刻的理解和认识,才能更坚实的推进当下的工作,也才有可能在未来新材料、新合金的研究中厚积薄发,做出真正有价值的工作。然而,目前情况不容乐观,在中国的高校和科研单位中,鲜有结合工程背景、系统全面介绍高温结构材料物理结构及其组织性能相关性的课程。针对此情况,傅恒志院士笔耕不辍,希望将自己毕生的思想、知识和经验更多的传播给年轻的学子和工作者,并计划通过讲座和研讨会的形式和大家交流分享他的心得体会。让我们翘首以待,感受傅老先生对学术的这份热爱、执着与追求。

                             

               

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