刘维民:结缘固体润滑

2011-11-29 09:06 来源: 科学时报
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  世界能源的1/3最终消耗在哪里?

  答案是,消耗在摩擦上。除此之外,全球一半以上的机械零件失效由磨损引起;摩擦和磨损造成的损失相当于全球GDP的2%左右……

  “对抗”摩擦,润滑是重要一途。而在航天航空领域,固体润滑技术更是直接关系重大工程的成败。

  目前,在这一国际前沿领域,中国已占据一席之地。在国内该领域执牛耳者,当推中科院兰州化学物理所固体润滑国家重点实验室,他们发展了系列化的固体润滑材料并在固体润滑材料中使用了稀土元素,创国际先例。

  刘维民,是该所所长和实验室主任。

“神七”出舱的润滑实验

  2008年11月7日,人民大会堂,翟志刚从国家主席胡锦涛的手中,接过了“航天英雄”勋章。

  勋章只有一枚,但航天英雄背后是千万个无名英雄,刘维民就是其中的一位。刘维民带领的团队,承担并圆满完成了“神七”固体润滑材料试验项目——翟志刚出舱取回的那个试验样品,就是他们制造的80片各种各样的固体润滑材料。

  “试验的圆满完成,是中国空间材料研究,特别是润滑材料研究领域的一个新的里程碑。”薛群基院士如此评价实验的重大意义。

  镜头切换到2008年10月6日上午,兰州化物所的一间试验室里。

  刘维民小心翼翼地把翟志刚取回的试验材料放进一个洁净工作台里,然后剪开密封袋,曾暴露于太空环境中的固体润滑材料样品展现在人们面前。

  这些样品与地面上的同类样品相比,肉眼就能看清楚其中的变化。尤其两片银色的样品已经变成了淡黄色。

  “看起来至少两类变化很大。接下来要对样品表面形貌和化学成分进行分析,3至6个月时间估计会有初步结果。”刘维民说。

  固体润滑材料一般能适应大约-200℃到200℃的温度变化,且不易挥发,比较稳定。航天和军事等方面用的固体润滑材料,有些价格赛过黄金。

  以风云三号为例,它的35套运动部件里,绝大部分需要使用固体润滑材料。中国早在东方红卫星发射时,就开始使用固体润滑材料;从神舟一号飞船开始,重视固体润滑材料空间环境行为以及空间应用试验。

  “通过这次试验,我们还希望能考察太空环境对固体润滑材料的影响,发展新的空间润滑材料。”刘维民说。

  在“神七”试验中,除了固体润滑材料本身的试验外,还要保证航天员顺利地把固定在舱外的样品取下来。为此,兰州化物所与中科院光电研究院联合攻关,经过2000多次反复试验验证,设计并研制了同时具备锁紧及解锁功能的试验装置。

  翟志刚出舱那天,刘维民守在中央电视台的直播间里。“看到他很顺利,没有出错,我心里一下就踏实了。”

  自那以后的半年多时间里,刘维民团队对经过空间环境试验的数十片样品的形貌与结构、机械力学性能、摩擦学性能、化学成分等进行了系统分析,获得了一批原子氧、紫外光等对固体润滑材料性能及化学变化的科学数据,为发展新型润滑材料奠定了重要的科学和技术基础。

与润滑结缘

  刘维民和固体润滑的结缘,是“纯属偶然”:“可以说,是党鸿辛院士的一句话改变了我一生的命运。”1984年,刚刚毕业于山东师范大学化学系的刘维民接到了党鸿辛先生的一封电报,问他是否愿意读固体润滑的研究生。

  在刘维民的面前,一条延展的科研道路正逐渐清晰。

  博士期间,刘维民进行硼类化合物作为润滑添加剂的研究,是他人生道路上最重要的一块基石。此后二十多年间,他与其所带领的科研团队密切合作,在航天、航空、装备制造等高技术工业用润滑材料领域取得了多项重要成果。

  2004年,由他参与完成的“航空用特种润滑和密封材料技术”,获得了国家技术发明奖二等奖;2006年,由他主持完成的“先进润滑材料制备与性能”,获得了国家自然科学奖二等奖。此外,他还作为第一获奖人获得了4项甘肃省科技进步或技术发明奖一等奖。

  “国家需要什么,我们就做什么”

  在润滑研究科技资源并不充实的大西北,为何能够得到如此迅速的发展?这是采访中记者不断追索的疑问。“这也是我一直在问自己的问题。”刘维民说。

  “我们润滑科技所取得的发展,始终立足于满足国家战略需求,国家需要什么,我们就做什么。”刘维民告诉记者,这是他在二十多年前就得到的认识,“答案虽然很简朴,但却是不变的真理。”

  1991年,博士毕业后刘维民获得一次去美国圣路易斯参加国际学术会议的机会,那是他第一次迈出国门,无论是圣路易斯的大拱门,还是洛杉矶的迪士尼乐园,在他的记忆中依然感到十分震撼,而中美之间工业化社会发展程度的巨大差距,也给他留下了至今没有停息的追索。

  “从那时候起,我就没有停止过追问:美国为什么走在我们前面?他们的经济社会发展有需求,才有了科技进步的动力。也许我们能够在一些科学问题上超越对手,但在工业和工程领域,我们凭什么才能够追赶?”刘维民说。

  当时的刘维民想不到,仅仅用了不到20年,中国人发射的“神七”,就将他们的润滑材料带上了太空。

  这么多年科研生涯中,多年前的一件小事让刘维民始终记忆犹新。为了一个国家项目的突击攻关,时任兰化所所长的薛群基院士搬了个凳子,就坐在实验室的门口督阵。“那时我们的压力很大,刚好是‘五一’长假期间,天天雨都在下个不停,所里前面一条路正在修,我主要负责技术方案的改进,和大家通宵奋战,每天都是一脚泥地来到实验室。在整整吃了两个星期的盒饭之后,才终于得到满意的实验结果。”正是在这样不懈丝毫的追赶中,他们成就了中国科研力量的积累与进步。