近期，由傅恒志院士主持撰寫的學(xué)術(shù)專著《航空航天材料定向凝固》經(jīng)科學(xué)出版社正式出版發(fā)行。

傅恒志院士

　　此專著立足于我國當(dāng)前對(duì)高性能空天結(jié)構(gòu)材料的重大需求，涉及了定向凝固理論、技術(shù)及典型航空航天材料三大板塊，許多內(nèi)容是傅恒志院士團(tuán)隊(duì)多年以來的研究成果，不僅涵蓋了定向凝固過程中的基礎(chǔ)科學(xué)理論，以及定向凝固技術(shù)的革新，并首次系統(tǒng)展示了晶體生長(zhǎng)取向控制、電磁約束成形和電磁冷坩堝定向凝固的研究成果及其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，分析了高溫合金、高溫金屬間化合物和氧化物共晶陶瓷等材料的定向凝固制備技術(shù)、組織和力學(xué)性能。此書兼具基礎(chǔ)性和工程性，是目前我國唯一一部系統(tǒng)全面論述航空航天高溫材料定向凝固的原創(chuàng)性學(xué)術(shù)著作。

　　當(dāng)前，隨著新一代空天動(dòng)力裝備包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和高速航天飛行器性能的不斷提升，高溫結(jié)構(gòu)材料及其制備技術(shù)成為其發(fā)展過程中的難點(diǎn)和瓶頸，備受設(shè)計(jì)研發(fā)人員和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。定向凝固技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)初的布里奇曼法，其基本原理是控制材料在單方向熱流條件下逐層凝固，晶體生長(zhǎng)為逆熱流方向進(jìn)行。定向凝固后的材料由于消除了橫向晶界，其初熔溫度和高溫性能得以大幅提升。其中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)用定向及單晶高溫合金葉片制備成為定向凝固技術(shù)應(yīng)用的典型范例，帶動(dòng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)跨時(shí)代的發(fā)展。

　　20世紀(jì)50年代后，隨著凝固過程定量化研究的發(fā)展以及凝固科學(xué)的出現(xiàn)，研究人員對(duì)液固相變過程微觀特性進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究，并將傳熱、傳質(zhì)、對(duì)流及界面科學(xué)應(yīng)用于液固相變過程、凝固組織的分析和描述，先后發(fā)展出固相形核理論、界面形態(tài)演化理論、共晶/包晶/偏晶凝固理論等，形成了一個(gè)較為完整凝固理論體系。當(dāng)今凝固理論已成為金屬材料錠坯質(zhì)量控制、機(jī)械行業(yè)鑄件和鍛件毛坯制造以及非平衡組織、各向異性組織乃至非晶、納米晶等先進(jìn)材料制備的共性理論基礎(chǔ)。層出不窮的凝固控制技術(shù)支撐著各種現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

　　可以發(fā)現(xiàn)，凝固理論中的很多內(nèi)容是源于人們對(duì)定向凝固研究結(jié)果的認(rèn)識(shí)和描述，同時(shí)，人們?cè)诙ㄏ蚰萄芯恐幸步梃b了許多其它凝固研究工作的成果。隨著定向凝固理論和技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，以及航空航天用高性能結(jié)構(gòu)材料的研制，為定向凝固技術(shù)提供了新的發(fā)展空間和機(jī)遇，在基本原理和技術(shù)研究上都期待著新的突破。當(dāng)前，在對(duì)柱狀晶及單晶高溫合金生長(zhǎng)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步獲得各向異性可控的材料，定向凝固朝著更為精確化的晶體取向、枝晶取向乃至多元多相合金顯微組織協(xié)同控制的方向發(fā)展；同時(shí)，為了獲得具有更為優(yōu)異性能的顯微組織，加熱方式、強(qiáng)制冷卻、物理場(chǎng)施加等凝固技術(shù)手段也在不斷革新。

　　傅恒志院士團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來從事高溫合金和定向凝固研究，為推動(dòng)我國航空航天高性能材料的發(fā)展，多年來帶領(lǐng)他的弟子及研究團(tuán)隊(duì)不懈地耕耘在定向凝固科研一線，在定向凝固理論、技術(shù)、材料及其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用作出了卓越貢獻(xiàn)。其中，由傅院士領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的“高溫度梯度定向凝固制備超細(xì)化材料”技術(shù)便是這一發(fā)展過程中的典型例證，其研制出的超細(xì)化柱晶新型材料的高溫性能特別是蠕變、持久性能得到幾倍、十幾倍甚至更高的提升，預(yù)示了令人向往的前景。

　　“老當(dāng)益壯，寧移白首之心。”近年來，傅恒志院士不顧年事已高，仍以忘我的精神帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從事定向凝固創(chuàng)新性研究，并在國際上首次提出“電磁約束成形定向凝固”和“電磁冷坩堝定向凝固”思想，這對(duì)傳統(tǒng)定向凝固理論和技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，也隨之產(chǎn)生了很多值得研究的新的基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)問題。在傅院士領(lǐng)導(dǎo)下，西工大和哈工大團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了多年潛心研究，取得的成果已經(jīng)展現(xiàn)出其巨大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　《航空航天材料定向凝固》一書便是在這樣的背景下孕育而生的。全書由傅恒志院士提出思想體系及框架，共8章：第一章，緒論；第二章，多元多相合金定向凝固；第三章，定向凝固晶體生長(zhǎng)取向與界面各向異性；第四章，電磁約束成形定向凝固；第五章，電磁冷坩堝定向凝固；第六章，高溫合金定向凝固；第七章，金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料定向凝固；第八章，陶瓷材料定向凝固。傅恒志院士本人親自撰寫了該書第一章、第二章、第三章、第五章和第七章的全部或部分內(nèi)容，材料學(xué)院沈軍教授、劉林教授、張軍教授、李雙明教授、楊劼人副教授和哈工大駱良順副教授參與了部分章節(jié)的撰寫工作。材料學(xué)院李金山教授、蘇海軍教授和李曉歷高工為書稿的出版開展了大量工作。全書翔實(shí)地介紹了傅恒志院士及其團(tuán)隊(duì)多年來的研究成果，對(duì)定向凝固科學(xué)技術(shù)研究和航空航天高溫材料創(chuàng)新發(fā)展都具有重要的指導(dǎo)作用與實(shí)用價(jià)值。書中運(yùn)用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取得了對(duì)多元多相合金的定向生長(zhǎng)、界面各向異性、晶體取向、組織演化與控制等領(lǐng)域的新認(rèn)識(shí)，凝結(jié)了新觀點(diǎn)，充實(shí)并發(fā)展了定向凝固理論；創(chuàng)新性提出了高溫度梯度超細(xì)化定向凝固、電磁約束成形、電磁冷坩堝定向凝固、晶體生長(zhǎng)及單晶取向控制等定向凝固技術(shù)；介紹了以高溫合金、單晶合金、金屬間化合物、難熔金屬、先進(jìn)陶瓷為代表的新型材料制備工作，其中，金屬間化合物及陶瓷材料很可能成為下一代空天飛行器動(dòng)力機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。

　　翻閱完《航空航天材料定向凝固》的讀者都能強(qiáng)烈感受到，這部專著是傅恒志院士及其研究團(tuán)隊(duì)對(duì)定向凝固理論及實(shí)踐研究的系統(tǒng)思考和總結(jié)。整個(gè)書稿從思想提出、框架構(gòu)建、內(nèi)容論證、章節(jié)確定，到撰寫、修改及最后的校稿、出版工作，歷經(jīng)近3年，傅恒志院士在其中注入了大量心血和精力，不遺余力的把握著全書的內(nèi)容體系和脈絡(luò)，撰寫團(tuán)隊(duì)只為了能更好的將他對(duì)定向凝固的認(rèn)識(shí)、理解和經(jīng)驗(yàn)介紹給相關(guān)領(lǐng)域科研工作者及技術(shù)人員。

　　回顧定向凝固的發(fā)展歷程，可以看到，定向凝固技術(shù)從誕生的那一天起，就肩負(fù)著極強(qiáng)的工程化背景，其技術(shù)目的性和產(chǎn)品應(yīng)用特點(diǎn)都非常鮮明。因此，在書稿的撰寫過程中，傅恒志院士始終強(qiáng)調(diào)這應(yīng)該是一部基礎(chǔ)性和工程性兼?zhèn)涞闹鳎饕獙?duì)象為航空航天領(lǐng)域的相關(guān)科研人員、研究生及高年級(jí)本科生，同時(shí)也適用于材料學(xué)科、冶金學(xué)科的相關(guān)科研人員和研究生。

　　著名超導(dǎo)和稀有金屬材料專家周廉院士在本書序言中寫到：“傅恒志院士是材料界凝固學(xué)大師，多年來他指導(dǎo)西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室取得了多項(xiàng)突出成果。近年來，他不顧年事已高，仍在西北工業(yè)大學(xué)及哈爾濱工業(yè)大學(xué)科研一線帶領(lǐng)學(xué)生從事定向凝固創(chuàng)新性研究，并取得了一批成果，他是材料界同行值得尊敬和學(xué)習(xí)的楷模。本書必將推動(dòng)凝固科學(xué)及材料科學(xué)的發(fā)展，特別是對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前使用的高溫結(jié)構(gòu)材料的研制及下一代結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。”

　　西工大材料學(xué)院杰出校友趙振業(yè)院士在通閱完此書后感慨道：“《航空航天材料定向凝固》不僅是一部學(xué)術(shù)性、基礎(chǔ)性很強(qiáng)的專著，更是一部凝固領(lǐng)域內(nèi)難得的教科書。它為研究和使用高溫合金的工程技術(shù)人員、高等院校的材料科學(xué)與工程專業(yè)教師和研究生帶來理論、技術(shù)知識(shí)和研究方法教益。我與傅恒志院士有較多接觸，讀《航空航天材料定向凝固》如見其人，智慧、剛毅、追求。一位八十多歲高齡老人奉獻(xiàn)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導(dǎo)師。”

　　令人深感敬佩的是，在本書正式出版后，傅恒志院士仍然沒有停止他對(duì)航空航天材料發(fā)展的思考和工作。在新材料和新技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，傅院士強(qiáng)烈的感受到，對(duì)于一名航空航天材料領(lǐng)域工作者，只有對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料物理本質(zhì)有更為深刻的理解和認(rèn)識(shí)，才能更堅(jiān)實(shí)的推進(jìn)當(dāng)下的工作，也才有可能在未來新材料、新合金的研究中厚積薄發(fā)，做出真正有價(jià)值的工作。然而，目前情況不容樂觀，在中國的高校和科研單位中，鮮有結(jié)合工程背景、系統(tǒng)全面介紹高溫結(jié)構(gòu)材料物理結(jié)構(gòu)及其組織性能相關(guān)性的課程。針對(duì)此情況，傅恒志院士筆耕不輟，希望將自己畢生的思想、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)更多的傳播給年輕的學(xué)子和工作者，并計(jì)劃通過講座和研討會(huì)的形式和大家交流分享他的心得體會(huì)。讓我們翹首以待，感受傅老先生對(duì)學(xué)術(shù)的這份熱愛、執(zhí)著與追求。

責(zé)任編輯：王元

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