张立同

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张立同(女)(1938.4.14-)航空材料专家。辽宁省海城市人。1961年毕业于西北工业大学。西北工业大学教授、复合材料中心主任。在高温合金和铝合金的无余量熔模铸造技术及其理论基础、熔模铸造用高温陶瓷材料及其应用等多项课题中,从学科交叉点入手,解决了多项重大技术关键。将中国相关技术推向国际先进行列。根据航空航天技术发展的需求又开拓了中国航空航天高温陶瓷及陶瓷基复合材料研究新领域。承担多项国家重大科研课题。在航天飞机隔热瓦用高纯超细石英纤维、自增韧氨化硅陶瓷、纤维增韧钡长石复合材料、连续纤维增韧碳化硅基复合材料以及1700℃高温风洞陶瓷内衬的应用研究中又有新突破,做出了贡献。1995年当选为中国工程院院士。

张立同 - 个人简历

1938年出生于重庆,1956年考入北京航空学院,毕业后任教于西北工业大学。先后被评为“中国三八红旗手”、“航空部先进工作者”、“国家级有突出贡献专家”、“陕西省优秀共产党员”等。1992年获国防光华科技基金,1993年被评为部级“优秀研究生导师”,1995年当选为中国工程院院士。

张立同 - 迈进科学

1938年,张立同出生于战火纷飞的重庆,童年那段国破家亡的逃难经历在她幼小的心灵里刻下了深深的烙印。“没有国哪有家”的朴素道理,深埋在张立同的心中。1956年,已经居住在北京的张立同以第一志愿考入北京航空学院热力加工系,1958年又随国家院系调整来到西北工业大学热加工系学习铸造专业。毕业后,张立同放弃了回北京的机会,选择留校教书,从此与材料科学形影不离,至今已历经45度春秋。

张立同是幸运的,她从事的科学研究一直与航空航天事业有着密切的联系。上帝把机遇给你,你能否抓住机遇使自己走上成功之路?喜欢用漂亮衣裳把自己装扮得精致美丽的张立同,自是不肯让发展新材料的机会与自己失之交臂。发动机是飞机的心脏,解决叶片铸造变形问题是提高航空发动机涡轮叶片质量的关键。涡轮叶片主要靠熔模精铸的方法生产,叶片尺寸的精度和光洁度要求很高,过去要靠两次抛光才能完成,需要大量的人力和抛光设备,生产过程中不但易产生变形、浪费大,而且破坏了叶片表面的致密层,降低了强度。

上世纪70年代初,发达国家已将一些重要的涡轮叶片的生产由锻造改为无余量熔模精密铸造,叶片的工作面无需加工就可以达到所要求的尺寸精度和表面光洁度。利用这项技术,可以铸造出无需机械加工的大型薄壁、复杂的铝合金无余量整体构件,这项新技术被广泛应用于航空航天领域中。而当时,中国的熔模铸造技术还十分落后,即使增加抛光余量的叶片,报废率仍高达30%,有时甚至高达50%。

当时的张立同风华正茂,在西工大担任助教,从事着铸造技术方面的教学与科研工作。1973年,国防工厂派人到西工大,寻求无余量叶片生产的技术攻关支持。教研室的领导让张立同下工厂看看情况。张立同了解到,航空发动机上的近百个叶片,每个叶片的价值相当于她这个小助教三个月的工资。技术水平的落后,产生了巨大的浪费不说,技术难题久攻不破,国家航空事业就发展不上去。

张立同 - 解决难题

张立同下决心要解决这一难题。她以一个科技工作者崇高的责任感,和国防工厂合作,啃起了“高温合金无余量熔模精密铸造叶片新工艺研究”这个令许多实力比自己强的单位和个人都生畏的硬骨头。在“文化大革命”一片乱纷纷的特殊年代里,她心无旁骛、昼夜不分地忙了起来。敢啃“硬骨头”的人,自己首先也要是硬骨头。在当时那个年代,国外高新技术对中国封锁得很严。张立同虽然接下了课题,但研究经费却极其有限,所需的各种原材料也奇缺。时间紧张,人手也不够。纵是张立同风华正茂,精力充沛,可两个孩子都很小,家庭琐事一大堆,要家庭事业全照顾到,很难。

既接下军令状,就要策马前行不停步。强烈的事业心,迎着困难上的倔劲,推动着张立同带领课题组成员迅速投入了工作。为了事业,张立同把两个孩子送回老家,吃住在工厂,和技术人员、工人一起跟班生产,寻找叶片的变形规律,并自己动手研制了成套的测试仪器。半年时间里,通过精密的测量与比较,在上千个试样、上万个数据中分析摸索,张立同绘出了刚玉型壳随温度的变化曲线,终于发现了刚玉陶瓷型壳的高温软化变形机理和叶片的铸造热应力变化的特点,首次从理论上全面揭示了航空发动机涡轮叶片在熔模铸造过程中的变形本质及其规律,为无余量精铸工艺研究提供了重要的理论依据,并在这个基础上进一步研制出了“保温壳体新工艺”,使精铸结构件报废率大大降低。张立同主持的这项研究成果引起了同行的极大关注和高度评价,她为提高航空发动机涡轮叶片的质量做出了重要贡献。

张立同 - 材料问题

常思家国兴亡责,莫负艰难百战身”。张立同要研究的材料,超出了她所学专业的范畴,涉及到其他几个学科。为了掌握需要的专业知识,她无数次地出入图书馆,在实验室做了上千次的实验,测试了上万个数据,整理了100多万字的实验资料,付出了巨大劳动。张立同在实验室做实验时,高温蜡喷出,糊住了她的双眼,眼球被烧伤。夜深人静,她只好让爱人陪着到医院看急诊。第三天,眼伤未愈,她又进了实验室。

凭着不达目标誓不罢休的拼搏精神,张立同与伙伴们经过1000多个日夜的奋战,终于研制出了高温、透气、膨胀、抗蠕变、表面湿润等10多种材料性能测试仪,通过对数十种材料进行系统的调查测试和微观分析后所得出的上万个数据进行理论分析比较,创造性地提出了无余量熔模铸造工艺的技术关键,研制出了该工艺所需要的模料,筛选出了较为理想的新型壳材料——陕西铜川上店土。

张立同承接的课题终于以令人欣慰的成绩结题了。她在中国率先提出了用“具有优良中温抗蠕变性”的高岭土陶瓷型壳材料替代昂贵的电熔刚玉的思路,先后研制成功上店土、峨边土等新型陶瓷型壳材料,成功解决了困扰航空熔模铸造生产十几年的刚玉型壳高温变形的问题。

1976年,中国有关国防工厂采用张立同创造的铸造工艺技术,生产出了第一个无余量叶片。青年助教张立同首次承揽科研攻关课题,一举成功。10年付出, 张立同从普通教师成长为航空航天领域的材料专家。1976年,中国从英国罗罗公司引进了斯贝航空发动机专利,落户在西安航空发动机公司。但是,制造发动机的10项关键技术,如无余量叶片铸造用的模料、制壳材料、陶芯等,并不包括其中,它们分属另3个厂家的专利。为了确保生产厂家能够制造出斯贝发动机,国家不得不再花费巨额外汇将这10项技术买进来。

无余量熔模铸造技术是10项技术秘密之一,它是发动机叶片等高温核心部件生产不可缺少的重要方法。可是,当张立同和西安航空发动机公司的工程师们怀着期待的心情揭开那梦想中的“技术秘密”的神秘面纱时,才知道它仅仅是一份“无余量熔模铸造工艺说明书”。说明书中规定用的工艺材料几乎都需要从国外买进,否则工艺说明书无法实施。

张立同 - 科学成果

1980年,在张立同的科研理论指导下,中国首次采用铜川上店土型壳材料铸造成功了第一批高精度、低粗糙度的斯贝低压一级无余量空心导向叶片。新铸叶片的尺寸精度及内部质量与国际著名的罗罗发动机公司的斯贝发动机叶片相当,表面粗糙度还略低于英国叶片。罗罗发动机公司得知这一情况颇为怀疑,特地派一名专家将上店土型壳材料、模料等带回英国去鉴定。在精确的测试数据面前,罗罗发动机公司终于承认上店土是“高级莫来卡特”(莫来卡特是该公司所采用的世界“王牌”型壳材料),认为该模料是一种组织结构均匀一致的令人满意的模料,熔模是高标准的,上店土“是一种非常令人满意的撒砂材料,是非常好的抗蠕变型壳材料”。

斯贝发动机的引进,使张立同的研究进入到向国际先进行列看齐的新阶段。这也使她深深体会到,在国与国之间的交往中,核心技术是买不来的,我们必须依靠自己的力量,我们也完全有能力依靠自己的力量掌握先进的技术。

张立同继续将她的研究成果进一步深化。随着时间的推移,她主持研究的“无余量熔模铸造技术”,不仅将中国的熔模铸造水平推向了国际先进行列,而且还为发展中国新型发动机复杂内腔叶片及薄壁复杂整体构件奠定了理论和工艺基础。铜川上店土型壳材料,也被正式命名为“中华高岭土型壳材料”。这一材料的诞生,为中国进一步发展优质型壳材料开辟了一条新路,既满足了中国高精度熔模铸件的要求,同时生产的铸件又远销国外,产生了巨大的经济和社会效益。西安航空发动机制造公司已经用这种新材料精铸了20多种合金的200多个品种的零部件。

1984年4月15日,张立同主持的“薄壁复杂无余量整体铝合金构件石膏型熔模铸造技术研究”通过了部级鉴定。来自中国的知名专家学者对这项研究成果给予了很高的评价,认为该成果接近国际先进水平。接着,她又带领课题组接连突破了“铝合金石膏型熔模铸造”、“高温合金泡沫陶瓷过滤技术”等航空重大课题的技术关键。张立同的这一连串科研成果,自1985年起,分别荣获了国家科技进步一、二、三等奖4项。

张立同 - 访问学者

1989年4月,张立同作为第一位获准进入克利夫兰美国航空航天局空间材料商业发展中心实验室的中国高级访问学者,受聘承担了美国未来大型空间站结构用陶瓷基复合材料的研究和指导研究生的工作。她仅用了不到一个月的时间,就使一个一年没有进展的课题产生了转机。接着她又带着研究生,用一年半的时间研制出3种低密度、高比强、高比模的陶瓷基复合材料,并通过了空间环境试验。该中心主任沃廉斯教授惊喜地说:“张教授的才能和工作效率令人吃惊”。

在美国,张立同的科研生活紧张而富有成效。在科研和教学中,她的聪明智慧表现得淋漓尽致。一位美国电子工程教授请张立同剖析一种电子材料的功能故障,她很快就解决了。这位教授十分感激,要支付高额酬金,张立同谢绝了他的好意,只是淡淡地说:“我们中国人更注重友情。” 在中心实验室,一个法国留学生因不能解决一个透射电镜制样中的材料难题而被他的导师炒了鱿鱼,当一位中国博士研究生在论文中遇到同样的问题时,张立同立即向他伸出援助之手,帮他渡过了难关。后来,这位研究生被留在了实验室,并不断做出成绩。

张立同在美国做访问学者两年,她帮助多少人解决了科研、论文中的难题,她自己也数不清。她认为,救人所急,帮人所难,不需要回报。在中心实验室,同事们钦佩她的为人、品德和学术造诣,称赞她“是一位真正的学者”。对这些,张立同同样报以粲然一笑。1991年初,怀着报效祖国的强烈愿望,张立同结束了在美国的研究,回到了西北工业大学。近两年的国外研究经历,以及对航空航天材料发展新趋势的了解与判断,使她更清醒地认识到,发展“具有类似金属断裂行为的连续纤维增韧高温陶瓷基复合材料”是当下中国的材料科学家首先应该攻克的堡垒。

张立同 - 最后攻关

张立同的科研团队的攻关进入到了最艰难的阶段。在解决遇到的一个又一个难题的过程中,研究进度时快时慢。当他们要把实验型技术与设备进行放大时,所遇到的难题几乎使张立同课题组对CVI工艺丧失了信心:3年里,张立同和她的科研团队夜以继日地泡在实验室做实验,然而在课题中期检查时,却因做不出一炉性能合格的试样,差点被亮了黄牌。

真的像那个法国教授说的,至少要10年吗?“科研有险阻,苦战能过关”。不怕失败,就怕没有恒心、没有创新!在洋教授走后的又一个“一千个日日夜夜”里,张立同带领科研团队又做了四代CVI设备,进行了400余炉次的实验。1998年底,他们终于制出了第一批性能合格的试样。接着,经不断改进,又成功突破了碳化硅陶瓷基复合材料制造工艺与设备的一系列核心技术,使材料性能达到了国际先进水平。

张立同和她的团队用8年时间完成了法国人20年的攻关历程,使中国一跃成为继法国和美国之后全面掌握碳化硅陶瓷基复合材料制造技术及其设备的第三个国家,她和她的科研团队再一次突破了发达国家对中国的技术和设备封锁。这是又一个10年的拼搏。迄今,张立同带领的科研团队在“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”方面已获12项国家发明专利,并建立了具有自主知识产权的3个技术平台。3个平台成功经受6年1100多批次考核,批量制造各类构件260多件、试件4200余件。其构件成本不足国际同类产品的2/3,设备运行成本和制造周期均不足国际同类产品的1/3,产品价格与传统金属相当。采用该技术制备的多种陶瓷基复合材料构件在不同发动机上均一次试车成功。

在西北工业大学,张立同带领的科研团队中有10位教授、20位博士、100余名研究生,以及1000平方米的标准厂房,3000余平方米的实验大楼,一系列自行研制的中国独一无二的复合材料制造设备和多台进口的复合材料测试设备,已经与法国波尔多大学、德国宇航院、日本京都大学、韩国机械研究院,以及多家国外大公司建立了紧密的联系。张立同和她的超高温结构复合材料实验室正在向国际化实验室迈进。

2005年3月28日,是值得张立同和她的科研团队纪念的日子。从这个拿到国家科技发明一等奖的日子起,张立同要带领她的科研团队进行第三次辉煌的创业了。 张立同说,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料以其特殊、优异的性能,可考虑在中国载人航天工程后续任务“嫦娥工程”中广泛应用。 “下一步的关键任务是推进工程化。”2005年下半年,张立同在奔忙的,就是如何尽快在国家有关部门的积极支持与推动下,实现连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的工程化发展。

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