何業(yè)東，北京科技大學(xué)退休教授，歷任材料學(xué)院副院長、表面科學(xué)與腐蝕工程系主任、腐蝕與防護(hù)中心主任，北京市腐蝕—磨蝕與表面技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，主要研究高溫腐蝕與涂層技術(shù)，多次獲得國家級、省部級的重要獎項(xiàng)，并在該領(lǐng)域享有較高的知名度。他非常注重人才培養(yǎng)，幾十年如一日地心系教學(xué)科研事業(yè)，持之以恒、提攜后學(xué)，帶領(lǐng)莘莘學(xué)子沖向腐蝕與防護(hù)科學(xué)技術(shù)前沿。

    2017年5月18日，記者有幸采訪到在北京科技大學(xué)作學(xué)術(shù)報(bào)告的何業(yè)東教授，深切地感受了他關(guān)于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的精辟見解。

    何業(yè)東教授

    潛心探索創(chuàng)造規(guī)律

    不容置疑，科技創(chuàng)新是國家強(qiáng)盛之基、民族進(jìn)步之魂，人才培養(yǎng)是國家向前發(fā)展的核心力量、新技術(shù)新材料革命的關(guān)鍵。何教授非常注重科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，在教學(xué)科研的道路上砥礪前行，取得了滿意的成果。

    何教授回憶，他曾在北京航空學(xué)院（現(xiàn)北京航空航天大學(xué)）學(xué)習(xí)與任教13年。在此期間，首創(chuàng)應(yīng)力腐蝕裂紋內(nèi)的電位、pH值、氯離子濃度的實(shí)測技術(shù)，研究了高強(qiáng)鋼和鋁合金應(yīng)力腐蝕裂紋內(nèi)的電化學(xué)行為；提出了電毛細(xì)現(xiàn)象對電結(jié)晶生核過程中的影響；參加研究推廣低鉻酸鍍鉻技術(shù)；發(fā)明鋁的堿性化學(xué)拋光技術(shù)并在工業(yè)中推廣應(yīng)用；開展高溫防護(hù)涂層研究，獲得北航材料系第一項(xiàng)國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。

    1986年，他到北京鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)北京科技大學(xué)）攻讀博士學(xué)位，師從張文奇院長和朱日彰教授，獲得博士學(xué)位后留校工作。曾在英國曼徹斯特大學(xué)做博士后，在新西蘭奧克蘭大學(xué)做訪問教授。先后承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金、國家重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目、國家863項(xiàng)目、省部級和企業(yè)合作等項(xiàng)目，在同事們和研究生的共同努力下獲得了一批腐蝕與防護(hù)科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新研究成果。

    在教學(xué)和科研的實(shí)踐過程中，何教授越來越感到按照創(chuàng)造規(guī)律培養(yǎng)人才的重要性。在上個世紀(jì)末，他率先在北京科技大學(xué)為本科生開設(shè)了“創(chuàng)造訓(xùn)練” 課程，該課程被評為北京市精品課程。后來又給碩士生開了“創(chuàng)造的策略與方法”，在博士生的“材料研究前沿”課程中開了“材料研究中的創(chuàng)造策略與方法”講座。

    何教授參考杜威的科學(xué)思維與科學(xué)探究的五步法和甘華鳴的《創(chuàng)新的策略》，提出一個創(chuàng)造過程與創(chuàng)造思維的基本模式（中國高等教育，2010，第7期，43-44）。創(chuàng)造的基本過程包括：培育創(chuàng)造的意識、提出問題、分析問題和實(shí)踐檢驗(yàn)四個基本環(huán)節(jié)。“發(fā)散思維，追求數(shù)量；收斂思維，科學(xué)評價(jià)”是創(chuàng)造思維的基本模式，始終伴隨著創(chuàng)造的每一個環(huán)節(jié)。一個富于創(chuàng)造的人并非都是一下子提出最佳的創(chuàng)意，而是能產(chǎn)生眾多的創(chuàng)意，再從中找出最佳的創(chuàng)意，因此，發(fā)散性思維是創(chuàng)造力的基本形式。收斂思維需要科學(xué)評價(jià)，體現(xiàn)了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。在創(chuàng)造過程中，創(chuàng)造首先需要動機(jī)，這種動機(jī)主要來源于人們對未知世界的興趣和好奇心。其次，創(chuàng)造需要提出問題，這是創(chuàng)造的第一步。一個具有高度創(chuàng)造力的人必定是一個會提出問題的人。因此，質(zhì)疑是科學(xué)精神的精髓。質(zhì)疑精神的培養(yǎng)，不僅是學(xué)生個人思想和學(xué)識增進(jìn)的必需，也是國家和民族能夠不斷反思過去、改革現(xiàn)在、求新求變 充滿活力的必需。為了解決提出的問題，必須對問題進(jìn)行分析，提出解決問題的各種方案。由于創(chuàng)造是一個從未發(fā)生過的事件，解決的問題方案必然是人們主觀想象出來的。因此，分析問題最重要的品質(zhì)是想象力，想象力是創(chuàng)造的源泉。但是主觀想象的東西并不一定是正確的，提出解決問題的方案必須經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，證明哪些是對的，哪些是錯的。“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，實(shí)踐檢驗(yàn)使人們由主觀走向客觀，獲得符合客觀規(guī)律的新認(rèn)知。因此，創(chuàng)造活動是一個主觀世界與客觀世界的對立與統(tǒng)一的過程。

    何教授分析了目前培養(yǎng)創(chuàng)造型人才存在的障礙。他認(rèn)為，由于創(chuàng)造是一個無限循環(huán)的過程，因此每一個環(huán)節(jié)都是不可或缺的。但人們往往強(qiáng)調(diào)或忽視某一環(huán)節(jié)，即不同的人不同的社會其創(chuàng)造的主要障礙是不同的。例如培根強(qiáng)調(diào)知識，提出“知識就是力量。”愛因斯坦強(qiáng)調(diào)想象力，認(rèn)為“想象力比知識更重要，因?yàn)橹R是有限的，而想象力概括著世界的一切，推動著進(jìn)步，并且是知識進(jìn)化的源泉。”在中國特別強(qiáng)調(diào)“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，但很多人忽視質(zhì)疑、想象力、發(fā)散思維的作用，不理解發(fā)散思維中不符合客觀規(guī)律的東西是難以避免的，成為提高創(chuàng)造力的主要障礙。

    根據(jù)上述創(chuàng)造過程與創(chuàng)造思維的基本模式，何教授提出創(chuàng)造性的人才應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的品格：強(qiáng)烈的創(chuàng)造欲望，執(zhí)著的發(fā)散思維能力，敏銳的問題意識，豐富的想象力，百折不撓的實(shí)踐毅力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。他認(rèn)為培養(yǎng)創(chuàng)造力最基本的方法是按照性格形成的規(guī)律培養(yǎng)創(chuàng)造的品格。正如孔子在《論語》曰 ：“性相近也，習(xí)相遠(yuǎn)也。” “少成若天性，習(xí)慣之為常。”近代心理學(xué)家威廉·詹姆斯的名言：“你播種行為就會收獲習(xí)慣；你播種習(xí)慣就會收獲性格；你播種性格就會收獲命運(yùn)。”何教授認(rèn)為，一個人只有通過自己實(shí)踐創(chuàng)造的行為才能形成樂于創(chuàng)造的習(xí)慣，堅(jiān)持這種習(xí)慣必將造就優(yōu)秀的創(chuàng)造品格，才能獲得創(chuàng)造的成就。他還認(rèn)為，知識傳承和人的培養(yǎng)方式隨著時代在轉(zhuǎn)變，必須改變中國傳統(tǒng)的以老師為主體的教育觀念，需要建立新型的師生關(guān)系：共同實(shí)踐創(chuàng)造教育，按照創(chuàng)造規(guī)律培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

    培養(yǎng)創(chuàng)新人才結(jié)碩果

    何教授在潛心探索創(chuàng)造規(guī)律的同時，積極嘗試按照創(chuàng)造的規(guī)律培養(yǎng)本學(xué)生，以科研項(xiàng)目為平臺，與學(xué)生共同實(shí)踐創(chuàng)造過程，不僅在科研上獲得了創(chuàng)新的成果，也培養(yǎng)了創(chuàng)新人才。

    何教授重視激發(fā)研究生的科研興趣與好奇心。他的體會是，那些對研究表現(xiàn)出極大的興趣，對“反常現(xiàn)象”充滿好奇心的學(xué)生往往可以主動的開展研究工作，做出突出的創(chuàng)新性成果。

    1989年，在指導(dǎo)本科生課題組在研究乙醇溶液中電泳沉積鋁粉時，發(fā)現(xiàn)電泳沉積過的合金樣品的導(dǎo)電性能變差。博士生路新贏（現(xiàn)在清華大學(xué)工作）對這一現(xiàn)象非常感興趣，他在掃描電鏡觀察中發(fā)現(xiàn)，合金樣品表面沉積了一層致密的薄膜，形貌與溶膠-凝膠制備的薄膜極為相似。他對此進(jìn)行了深入的研究，獲得了沉積多種氧化物薄膜的規(guī)律。研究結(jié)果證明，在乙醇-金屬鹽溶液中電解，陰極表面堿度上升沉積出金屬的羥基化合物膜，該膜在高溫下熱解為金屬氧化物薄膜（Surface and Coatings Technology, Vol.79, （1996） p19. Corrosion Science, Vol.38, No.11, （1996） p 1853-1868.）。這種制備氧化物薄膜的技術(shù)比溶膠-凝膠技術(shù)要簡便的多，具有廣泛的用途，獲得中國發(fā)明專利，至今，該技術(shù)在國際上仍被用來制備各種功能薄膜。

    2003年，中科院金屬所的盧柯研究團(tuán)隊(duì)在Science上發(fā)表了論文 Nitriding Iron at lower temperature。他們采用機(jī)械研磨使鐵的表面納米化，然后實(shí)現(xiàn)了低溫氮化。何教授看到這篇論文與研究生討論能否采用一步法技術(shù)同時實(shí)現(xiàn)金屬表面的納米化和元素的快速滲涂。博士生詹肇麟（獲得北京科技大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎，現(xiàn)在昆明理工大學(xué)工作，任材料學(xué)院副院長）對此非常感興趣，自己設(shè)計(jì)、加工、組裝機(jī)械研磨滲涂裝置，通過三次改進(jìn)裝置，最終實(shí)現(xiàn)了高溫合金同時進(jìn)行表面納米化與滲鋁。在比傳統(tǒng)滲鋁低得多溫度下（500℃左右）獲得厚度為20~100mm具有納米結(jié)構(gòu)鋁化物涂層和彌散納米稀土氧化物的鋁化物涂層。該研究獲得中國發(fā)明專利，首篇論文發(fā)表在 Intermetallics，2006，No.1。

    在上述研究的基礎(chǔ)上，何教授給研究生提出了一個好奇的問題：電鍍和化學(xué)鍍是一個個原子的沉積過程，能否在較弱的機(jī)械研磨作用下，改變鍍層的結(jié)構(gòu)，獲得新的性能？這引起了許多研究生的興趣。博士生寧朝暉（生病去世）建立了機(jī)械研磨電鍍的裝置，首次通過機(jī)械研磨電鍍出具有納米結(jié)構(gòu)的鎳鍍層。碩士生付海峰（現(xiàn)為材料熱處理學(xué)報(bào)編輯）在鎂合金上機(jī)械研磨化學(xué)鍍Ni-P鍍層，發(fā)現(xiàn)獲得Ni-P鍍層結(jié)構(gòu)細(xì)化，鍍層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，鍍層與鎂合金形成冶金結(jié)合，鍍層硬度顯著提高，鍍層的電位約提高了1V，具有優(yōu)異的耐蝕性能。博士生平朝霞（現(xiàn)在北京市科委新材料中心工作）研究了機(jī)械研磨電鍍Ni-P、Ni-P-SiC等復(fù)合鍍層，鍍層顯微硬度高達(dá)1200Hv，提出了機(jī)械研磨促使晶粒細(xì)化的機(jī)理和Ni-P鍍層由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的機(jī)理。博士生趙廣宏（獲得國家獎學(xué)金，現(xiàn)在航天904所工作）研究了機(jī)械研磨化學(xué)鍍Ni-納米碳管復(fù)合鍍層，涂層中復(fù)合的納米碳管含量高達(dá)60%，涂層具有超低的摩擦系數(shù)。這些研究結(jié)果發(fā)表在Scripta Materialia, Journal of Applied Electrochemistry, Surface & Coating Technology 等刊物上。

    何教授善于抓住一些與已有理論有矛盾現(xiàn)象，理論之間的存在的邏輯矛盾和爭論，不同技術(shù)的交叉，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，開展創(chuàng)新性的研究。

    在二十世紀(jì)80到90年代，國際上非常重視高溫合金的熱腐蝕的研究，當(dāng)時有關(guān)熱腐蝕的理論主要是熔鹽的酸堿熔融理論。由于熔鹽是強(qiáng)電解質(zhì)，因此電化學(xué)在熱腐蝕過程中起什么作用是一個有爭議的問題。何教授指導(dǎo)博士生穆道彬（畢業(yè)后在日本工作多年，現(xiàn)在北京理工大學(xué)工作）開展了熱腐蝕中的微電池的研究。通過研究金屬表面生成氧化膜在電解質(zhì)中的電位這個基本問題（中國科學(xué)（A輯）， 1995, Vol.25, No.5, p550-555），提出熱腐蝕中存在的微電池過程主要由熱腐蝕過程中金屬及合金表面形成的不同氧化物、硫化物及氧化膜中的不均勻性及缺陷等因素引起（Corrosion Science, 1993, Vol.35, No.5-8, p1133-1139; 中國有色金屬學(xué)報(bào)，1994，Vol.4, No.4, p26-29）。采用模擬電池研究了熱腐蝕中電化學(xué)過程與酸堿熔融的關(guān)系，結(jié)果表明電化學(xué)過程與酸堿熔融都是熱腐蝕過程的一個環(huán)節(jié)，具有相互依存的關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型基本一致（Simulating Experiment of Hot Corrosion Cell, TRANSACTIONS OF NF soc., 1995, Vol.5, No.4, p41-44）。

    何教授在撰寫《高溫腐蝕及耐高溫腐蝕材料》（上海科學(xué)技術(shù)出版社，1995年）一書中的合金氧化理論時發(fā)現(xiàn)，Wagner的合金的選擇氧化理論與合金由內(nèi)氧化向外氧化的轉(zhuǎn)變理論都與合金生成選擇性氧化膜有關(guān)。提出既然兩種理論都可以實(shí)現(xiàn)合金的選擇氧化，而且合金發(fā)生選擇氧化時與合金由內(nèi)氧化向外氧化轉(zhuǎn)變時的影響因素和效果是一樣的，那么一個理論與內(nèi)氧化無關(guān)，另一個則必須先發(fā)生內(nèi)氧化，這兩種理論有可能在邏輯上存在矛盾。在與博士生李正偉（畢業(yè)后在新西蘭奧克蘭大學(xué)工作多年）討論后，提出一個大膽的設(shè)想：合金發(fā)生選擇氧化可以無需發(fā)生內(nèi)氧化，內(nèi)氧化有可能是合金表面不能發(fā)生選擇氧化的結(jié)果。李正偉設(shè)計(jì)、加工、建造了一套固體電化學(xué)氧泵系統(tǒng)，可以獲得超低氧壓的高溫環(huán)境，用于定量研究合金的外氧化與內(nèi)氧化，通過氧泵的電流可以測出金屬氧化的動力學(xué)曲線，特別是測出生成揮發(fā)性產(chǎn)物的金屬高溫氧化的真實(shí)動力學(xué)曲線。獲得中國發(fā)明專利，研究成果發(fā)表已在Oxidation of Metals, Vol.53, Nos.3/4, （2000）， 323-339.Vol.53, Nos.5/6, （2000）， 577-596. Vol.54, Nos.1/2, （2000）， 47-62.。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有的合金高溫氧化都是在表面開始的；只有當(dāng)合金表面不能生成連續(xù)的氧化膜時或生成非最穩(wěn)定的氧化膜時，合金發(fā)生內(nèi)氧化；當(dāng)合金表面生成最穩(wěn)定的選擇性氧化膜時，合金內(nèi)不發(fā)生內(nèi)氧化。提出了合金由外氧化向內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變的機(jī)理（Transition between external and internal oxidation of alloys, in Development in high-temperature corrosion and protection of materials, Woodhead publishing Limited, 2008, 36-58.）。

    二十世紀(jì)90年代初，中科院金屬所采用磁控濺射的方法在高溫合金上沉積納米合金涂層，發(fā)現(xiàn)發(fā)生鋁選擇氧化的臨界含量降低，抗高溫氧化性能顯著提高。何教授和他的研究生一起發(fā)展了多種合金表面納米化與微晶化的技術(shù)。何教授偶然了解到中科院物理所有一套高能等離子放電裝置，主動與中科院物理協(xié)商，合作研究采用這套高能等離子放電裝置對Fe3Al金屬間化合物進(jìn)行表面改性。博士生王永剛（現(xiàn)天津民航學(xué)院材料學(xué)院院長）在研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高能放電處理，F(xiàn)e3Al樣品面宏觀上沒有發(fā)生尺寸的變化，但表面形成一層非常致密的納米晶。Fe3Al表面納米化后具有優(yōu)異的抗高溫氧化和抗硫化性能。王永剛在處理氧化動力學(xué)數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，表面納米化的Fe3Al樣品的高溫氧化不符合傳統(tǒng)的拋物線規(guī)律（2次方規(guī)律），而是符合4次方規(guī)律。王永剛考慮到表面納米化的Fe3Al高溫氧化生成的氧化鋁膜也具有納米晶結(jié)構(gòu)，這種納米晶氧化鋁膜的生長主要通過晶界的短路擴(kuò)散控制。他創(chuàng)造性的提出納米晶在高溫氧化中受2個因素影響：（1）隨著氧化膜的增厚擴(kuò)散距離增加的因素，擴(kuò)散速度與膜的厚度成反比，對氧化動力學(xué)的影響應(yīng)當(dāng)符合2次方規(guī)律；（2）納米晶在高溫氧化中晶粒以2次方規(guī)律長大。在這兩種因素的共同作用下氧化動力學(xué)符合4次方規(guī)律，并給出了嚴(yán)格推導(dǎo)的公式（北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1996， Vol.18, 增刊， p6-10；稀有金屬材料與工程，1998， Vol.27, No.3, p149-151.），該公式已被高溫氧化學(xué)術(shù)界接受和應(yīng)用。何教授接著帶領(lǐng)研究生建立小型的高能等離子放電裝置，通過電極的移動實(shí)現(xiàn)合金表面的納米化或微晶化。博士生龐紅梅（現(xiàn)在中信銀行工作）采用此裝置制備了納米晶FeCrAl+彌散10nm Y2O3球的復(fù)合涂層具有優(yōu)異的抗氧化和抗剝落性能。博士生馬靜（現(xiàn)在河北科技大學(xué)工作）采用此裝置在Cu-Cr合金表面制備納米晶的Cu-Cr合金層，使不能發(fā)生Cr選擇氧化的雙相Cu-Cr合金發(fā)生了的Cr選擇氧化，生成了Cr2O3保護(hù)膜。博士生徐強(qiáng)（現(xiàn)在天津大學(xué)工作）采用串聯(lián)電脈沖沉積Fe-Cr-Y2O3，Ni20Cr-Y2O3等納米和微晶涂層（Materials Letters, 56 （2002）85-92； 中國科學(xué)，2002，Vol.32, No.6, 728- 734.）。2015年，博士生鄧舜杰（現(xiàn)在中國工程物理研究院工作）采用陰極等離子電解處理使大氣噴涂的NiCoCrAlY涂層表面納米化，生成選擇氧化的Al2O3膜，顯著提高的熱障涂層性能（Journal of Materials Science & Technology，2016）。博士生趙廣宏（獲得國家獎學(xué)金，現(xiàn)在航天704所工作），博士生權(quán)成（獲得國家獎學(xué)金，現(xiàn)在航天306所工作）和王鵬（獲得北京科技大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎，現(xiàn)在航天306所工作）采用移動電極實(shí)現(xiàn)了陰極等離子電解沉積具有納米結(jié)構(gòu)的與基體合金冶金結(jié)合的金屬，合金和金屬-陶瓷復(fù)合涂層，發(fā)現(xiàn)了這些涂層沉積的規(guī)律并提出了相應(yīng)的機(jī)理。

    這些研究為合金的抗高溫氧化提供了新的技術(shù)途徑和新的氧化理論。

    何教授鼓勵學(xué)生在分析問題時養(yǎng)成發(fā)散性思維的習(xí)慣，充分發(fā)揮自己的想象力，提出新的研究思路、新的方法、新的理論模型。

    何教授引導(dǎo)研究生積極探索發(fā)展材料高溫防護(hù)涂層的新思路。由于高溫合金中的元素對高溫力學(xué)性能與防護(hù)性能的作用是不能兼顧的，溫度越高，這種矛盾越突出。通過在合金表面施加合金涂層使之發(fā)生選擇氧化生成保護(hù)性的氧化膜是一種普遍的研究方法。既然高溫合金最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)靠的是氧化膜，我們?yōu)槭裁床荒苋藶榈卦诟邷睾辖鸨砻嬷苯邮┘有阅芨玫奶沾蓪觼韺?shí)現(xiàn)高溫防護(hù)呢？提出了新型復(fù)合陶瓷涂層的研究思路：將復(fù)合材料，納米/亞微米化引入到陶瓷涂層。使陶瓷涂層具有超塑、增強(qiáng)、增韌等非傳統(tǒng)的力學(xué)特性，使陶瓷涂層具有與合金基體增強(qiáng)結(jié)合力；通過多重封閉合金基體的阻礙氧擴(kuò)散的氧化鋁薄膜，有效阻礙合金基體的氧化；使涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能。按照這種新的研究思路，研究生通過發(fā)散思維研制了多種復(fù)合陶瓷涂層。

    1、稀土氧化物微粒增韌涂層

    博士生高俊國（現(xiàn)在北京航空材料研究院工作）采用復(fù)合電沉積和微波燒結(jié)技術(shù)制備了Al2O3–Y2O3納米復(fù)合涂層。博士生任超（現(xiàn)在北京一家公司工作）采用電泳沉積+微波熱壓燒結(jié)制備出了Al2O3/YAG復(fù)合陶瓷涂層。通過氧化鋁的阻礙氧擴(kuò)散的作用和稀土氧化物微粒的增韌作用，使這些復(fù)合陶瓷涂層具有優(yōu)異的抗氧化性能和抗剝落性能。

    2、氧化鋁包覆氧化鋯復(fù)合涂層

    博士生任超采用納米陶瓷粉-溶膠電泳沉積和微波加壓燒制備出了納米Al2O3包覆微米級YSZ的復(fù)合陶瓷涂層。博士生張鯤（現(xiàn)在西南交通大學(xué)工作）采用熱壓濾復(fù)合料漿法制備出具有類似結(jié)構(gòu)納米Al2O3-Y2O3包覆微米級YSZ的復(fù)合陶瓷涂層。研究表明，在這種復(fù)合涂層中，Al2O3或Al2O3-Y2O3空間網(wǎng)絡(luò)膜對氧擴(kuò)散起到了阻礙作用，顯著降低了合金的氧化生長速率；YSZ提高了陶瓷涂層的熱膨脹系數(shù)，降低了陶瓷涂層內(nèi)的應(yīng)力；Y2O3具有活性元素效應(yīng)，極大地提高了合金的抗氧化性能和抗開裂、剝落性能。

    3、氧化鋁/氧化鋯層狀復(fù)合涂層

    博士生高俊國采用電解沉積+微波燒結(jié)技術(shù)制備了ZrO2/ Al2O3微疊層復(fù)合陶瓷涂層，由ZrO2層與Al2O3層交替疊加而成，涂層具有納米/亞微米結(jié)構(gòu)。博士生姚俊奇（現(xiàn)在北京有色金屬研究院工作）采用磁控濺射、電沉積及噴霧熱解法制備了Al2O3/YSZ及（Al2O3- Y2O3）/YSZ層狀復(fù)合涂層。研究結(jié)果表明，該類涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和抗開裂剝落性能，并存在尺寸效應(yīng)，即涂層性能隨著涂層內(nèi)氧化鋯/氧化鋁層厚比和層數(shù)的增加而得到提升。這種效應(yīng)可歸因于：涂層中氧化鋁層可階梯式阻礙氧的擴(kuò)散；氧化鋯層可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)降低涂層的熱應(yīng)力；層狀結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)增韌；陶瓷涂層可避免與合金發(fā)生互擴(kuò)散。

    4、彌散貴金屬微粒增韌涂層

    博士生馬曉旭（現(xiàn)在國家電網(wǎng)工作）采用陰極電沉積法，熱處理燒結(jié)技術(shù)制備出彌散微、納米級的Au顆粒的Al2O3復(fù)合涂層。博士生王鵬（獲得北京科技大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎，現(xiàn)在航天306所工作）和博士生鄧舜杰（現(xiàn)在工程物理研究院工作）采用陰極等離子電解技術(shù)制備出多種彌散Pt微粒的Al2O3復(fù)合涂層熱障瓷涂層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該復(fù)合涂層具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗氧化性能。彌散的貴金屬顆粒的增韌作用優(yōu)于活性元素效應(yīng)。涂層中彌散的貴金屬顆粒可通過塑性變形吸收裂紋的能量，阻止裂紋的擴(kuò)展，提高涂層的斷裂韌性，因此涂層具有優(yōu)異的抗開裂和抗剝落性能。涂層中封閉的氧化物陶瓷基體可阻礙氧的擴(kuò)散，彌散的貴金屬顆粒可阻礙氧在陶瓷晶界的短路擴(kuò)散，因而涂層具有優(yōu)秀的抗高溫氧化性能。

    5、貴金屬包覆氧化鋁復(fù)合涂層

    博士生馬曉旭采用高能球磨、電化學(xué)沉積、熱壓燒結(jié)等方法制備具有微、納米級的氧化鋁顆粒鑲嵌在貴金屬（合金）基體結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層。高溫循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)和鋁電解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該復(fù)合涂層具有優(yōu)秀的高溫力學(xué)性能、耐高溫氧化性能和耐“冰晶石”熔鹽腐蝕性能。涂層中的熱應(yīng)力可通過貴金屬的塑性變形松弛掉。氧化鋁顆粒的增強(qiáng)效應(yīng)提高了復(fù)合涂層的強(qiáng)度和耐磨性。因此，該涂層具有優(yōu)秀的抗開裂和抗剝落等力學(xué)性能。涂層中的貴金屬可以有效封閉合金基體，實(shí)現(xiàn)理論意義上的抗氧化和抗冰晶石熔鹽腐蝕。該復(fù)合涂層可以用于鋁電解的惰性陽極，具有重要的應(yīng)用前景。

    6、貴金屬/氧化物層狀復(fù)合涂層

    博士生高俊國采用物理氣相沉積制備了Au （Pt）/Al2O3層狀復(fù)合涂層。博士生馬曉旭采用直流及射頻磁控濺射方法制備具有氧化物陶瓷層和貴金屬層交替疊加結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層。這些貴金屬/陶瓷層狀復(fù)合涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化，抗熱腐蝕性能。通過調(diào)整貴金屬層的相對厚度，可提高涂層的熱膨脹系數(shù)，降低涂層的熱應(yīng)力；貴金屬層可通過塑性變形吸收氧化物陶瓷層中裂紋擴(kuò)展的能量，提高復(fù)合涂層的斷裂韌性，使涂層具有優(yōu)異的抗開裂和抗剝落性能。涂層中的貴金屬層可有效封閉合金基體，實(shí)現(xiàn)理論意義上的抗氧化和抗熱腐蝕。此外，涂層中的陶瓷層不與基體合金發(fā)生互擴(kuò)散，對合金基體的力學(xué)性能影響很小。

    這些技術(shù)獲得多項(xiàng)中國發(fā)明專利，論文發(fā)表在Corrosion Science，Materials Chemistry and Physics, Journal of the European Ceramic Society, Surface and Coatings Technology， Oxidation of Metals等國內(nèi)外期刊。

    何教授和研究生一起分析論熱障涂層面臨的基本矛盾。認(rèn)為熱障涂層中各層熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力不匹配導(dǎo)致涂層在TGO處發(fā)生開裂，是熱障涂層失效的主要原因；隔熱陶瓷層的相變、燒結(jié)與溫度梯度導(dǎo)致的熱應(yīng)力導(dǎo)致隔熱陶瓷層中發(fā)生開裂與剝落；合金粘結(jié)層與合金基體之間互擴(kuò)散導(dǎo)致粘結(jié)層壽命降低，還導(dǎo)致單晶合金中析出有害相，產(chǎn)生二次反應(yīng)區(qū)（SRZ），使基體合金高溫疲勞壽命大幅度下降。提出用性能更好的復(fù)合氧化膜代替熱生長的TGO，  用性能更好復(fù)合隔熱層代替現(xiàn)有的隔熱陶瓷層。引導(dǎo)研究生通過發(fā)散思維研制了多種新型復(fù)合熱障涂層。

    博士生姚俊奇采用噴霧熱解法和電子束物理氣相沉積（EB-PVD）分別制備的（Al₂O₃-Y₂O₃）/YSZ層狀復(fù)合粘結(jié)層和8YSZ頂層構(gòu)成的新型熱障涂層，研究表明，層狀復(fù)合粘結(jié)層的引入顯著地提高了熱障涂層的抗高溫氧化、抗開裂剝落及隔熱性能。這種效應(yīng)可歸因于：層狀粘結(jié)層具有優(yōu)異的抗高溫氧化和抗開裂剝落性能；粘結(jié)層可調(diào)節(jié)與合金基體及陶瓷頂層的熱膨脹匹配性；粘結(jié)層可避免與合金基體發(fā)生互擴(kuò)散。采用磁控濺射法和EB-PVD法分別制備的（Al₂O₃-Y₂O₃）/Pt和（Al₂O₃-Y₂O₃）/（Pt-Au）層狀復(fù)合粘結(jié)層和8YSZ頂層構(gòu)成的新型熱障涂層研究表明，該類涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和抗開裂剝落性能，粘結(jié)層在服役過程中結(jié)構(gòu)由層狀結(jié)構(gòu)逐漸演變?yōu)橘F金屬顆粒彌散結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)演變可歸因于貴金屬良好的塑性和韌性帶來的塑性變形等能量吸收機(jī)制。

    博士生任超采用溶膠-凝膠復(fù)合料漿、電泳沉積和微波熱壓燒結(jié)等方法，在金屬基材表面制備了YSZ-（YSZ/Al₂O₃）、YSZ-（YSZ/YAG）雙層結(jié)構(gòu)熱障涂層以及YSZ-（YSZ/Al₂O₃）-YSZ、YSZ- （Al₂O₃/YAG）-YSZ三層結(jié)構(gòu)熱障涂層。

    博士生張鯤采用熱壓濾復(fù)合料漿法制備的具有納米/微米/微孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的YPSZ熱障涂層，由于這種結(jié)構(gòu)能夠有效地降低聲子熱傳導(dǎo)和對流熱傳導(dǎo)，因此涂層具有較高的熱障效果。涂層的熱障效果隨料漿中溶膠含量的增加而增高。

    博士生高俊國采用溶膠-凝膠復(fù)合料漿和微波燒結(jié)技術(shù)制備了纖維增強(qiáng)熱障復(fù)合涂層，所得涂層十分致密，纖維與基體結(jié)合緊密。中空Al2O3/ZrO2陶瓷纖維的加入不僅提高了熱障涂層的抗開裂剝落性能，而且增強(qiáng)了熱障涂層的高溫隔熱性能。ZrO₂/Al₂O₃層狀復(fù)合粘接層的引入由于其優(yōu)異的抗氧化性能和高溫力學(xué)性能進(jìn)一步提高了纖維增強(qiáng)熱障涂層的附著力和抗開裂剝落能力，增強(qiáng)了熱障復(fù)合涂層對高溫合金基體的整體防護(hù)性能。

    王鵬和鄧舜杰等研究生采用陰極等離子電解制備出彌散Pt微粒增韌的六種Al₂O₃-Pt、Al₂O₃-ZrO₂-Pt、YAG-Al₂O₃-Pt、YSZ-Pt、ZrO₂-Al₂O₃-Pt、La₂Zr₂O₇-Pt單層熱障涂層和二種YSZ-Pt/Al₂O₃-Pt、Al₂O₃-Pt/La₂Zr₂O₇-Pt雙層熱障涂層。獲得的彌散Pt微粒增韌的熱障涂層具有優(yōu)異的隔熱性能，抗高溫循環(huán)氧化和抗剝落性能。涂層的斷裂韌性測試結(jié)果表明，彌散Pt微粒熱障涂層的斷裂韌性顯著提高。證明了厚的Al₂O₃-Pt涂層由于彌散Pt微粒增韌的作用和微孔結(jié)構(gòu)可以成為單層熱障涂層；薄的Al₂O₃-Pt涂層可以作為粘結(jié)層替代傳統(tǒng)MCrAlY或Pt改性鋁化物的粘結(jié)層，構(gòu)成Al₂O₃-Pt/La₂Zr₂O₇-Pt雙層熱障涂層，提高抗高溫循環(huán)氧化性能；薄的Al₂O₃-Pt涂層還可以作為熱障涂層的外層，構(gòu)成YSZ-Pt/Al₂O₃-Pt雙層熱障涂層，提高涂層的抗高溫循環(huán)氧化和抗熱腐蝕的性能。證明了彌散Pt微粒增韌的La₂Zr₂O₇-Pt單層低膨脹系數(shù)的隔熱陶瓷層可具有優(yōu)異的抗高溫循環(huán)氧化和抗剝落性能。提出了彌散Pt微粒的增韌熱障涂層的機(jī)理：彌散Pt微粒通過塑性變形吸收裂紋擴(kuò)展的能量；彌散Pt微粒使裂紋尖端鈍化；大量彌散Pt微粒可以降低裂紋的長度。

    這些技術(shù)獲得多項(xiàng)中國發(fā)明專利，論文發(fā)表在Corrosion Science, Materials Chemistry and Physics, Ceramics International, Oxidation of Metals,  Surface and Coatings Technology等國內(nèi)外期刊。

    這些研究為制備新型熱障涂層，提高熱障涂層的性能提供了新的理論和新的技術(shù)途徑。

    何教授認(rèn)為，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才需要建立新型的師生關(guān)系，師生共同實(shí)踐創(chuàng)造教育，在科研過程中與研究生一起踐行“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”是非常必要的。

    何教授特別關(guān)注研究生的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，尤其在試驗(yàn)遇到困難的時候，同研究生一起討論研究的方案，一起進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。陰極等離子電解的研究就是一個典型的例子。在二十世紀(jì)末，國內(nèi)外興起陽極微弧氧化（屬于陽極等離子電解技術(shù)）的研究熱潮。由于陽極微弧氧化只能在閥金屬獲得氧化物涂層，何教授提出如果能實(shí)現(xiàn)陰極等離子電解沉積陶瓷涂層，就有可能在各種金屬材料和導(dǎo)電材料上，如硅和碳材料，沉積各種陶瓷涂層，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。何教授指導(dǎo)多名研究生開展了陰極等離子電解技術(shù)的研究，在與研究生一起不斷探索提出新的研究方案（進(jìn)行發(fā)散思維），堅(jiān)持不懈進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，逐漸的掌握了陰極等離子電解的規(guī)律，獲得了創(chuàng)新的技術(shù)。

    陰極等離子電解的研究關(guān)鍵在于如何誘發(fā)陰極表面均勻地等離子放電。第一位參加研究的博士生是楊曉戰(zhàn)（獲得北京科技大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎，畢業(yè)后在清華大學(xué)工作數(shù)年），采用在陰極表面生成阻擋膜誘發(fā)微弧放電，利用微弧的能量將陰極表面沉積的化合物燒結(jié)成陶瓷涂層。研究發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)沉積一層絕緣膜可以誘發(fā)陰極微弧電沉積陶瓷涂層。詳細(xì)研究了預(yù)制阻擋膜誘發(fā)陰極微弧電沉積8YSZ熱障陶瓷涂層的影響因素、特點(diǎn)和機(jī)理。研究還發(fā)現(xiàn)，通過向電解液中添加氧化物膠體粒子，可以誘發(fā)陰極微弧電沉積。該研究獲得中國發(fā)明專利，論文發(fā)表在Electrochemical and solid-state letters,5（3） C33-C34（2002） 和《科學(xué)通報(bào)》上。但這種技術(shù)只能在小樣品上實(shí)現(xiàn)沉積陶瓷涂層。之后，逐漸認(rèn)識到陰極析出氫氣，形成氫氣膜是誘發(fā)陰極等離子放電的主要原因。博士研究生韓偉（現(xiàn)在哈爾濱工程大學(xué)工作）研究了水溶液中氣膜微弧放電產(chǎn)生的條件和影響因素，分析了氣膜微弧放電的物理特性，揭示了氣膜微弧放電在陰極與陽極之間轉(zhuǎn)移的條件和機(jī)理。采用利用陰極氣膜微弧放電產(chǎn)生的物理化學(xué)效應(yīng)，在FeCrAl基體上獲得表面光滑，與基體緊密結(jié)合、致密的Y₂O₃、ZrO₂、ZrO₂-Y₂O₃陶瓷涂層以及多孔的Al₂O₃陶瓷涂層，但仍然只能在小樣品上沉積。碩士生趙海平（現(xiàn)在上海寶鋼工作）采用小陰極的氣膜微弧放電法制備出珊瑚狀的碳納米球、碳納米管、碳納米纖維和類金剛石薄膜。由于陰極的氫氣膜等離子放電需要的電流密度很大，氫氣膜很難在樣品表面均勻分布，樣品上的電場分布也不均勻，因此很難在大面積復(fù)雜形狀的構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)均勻的氣膜等離子放電，致使陰極等離子電解很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。在研究停滯多年后，何教授將陰極等離子電解的研究集中到如何約束陰極表面氫氣的傳輸上。指導(dǎo)博士生王鵬和鄧舜杰生通過測試陰極等離子電解的電壓~電流密度曲線，先后研究了陰極區(qū)施加微珠，陰極表面包覆泡沫塑料膜，陰極表面包覆滌綸布對陰極等離子放電的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)均勻的等離子放電。由此推測到，水溶性無極性高分子有可能具有類似的約束氫氣傳輸?shù)淖饔谩Ｔ囼?yàn)結(jié)果完全證明的這一效應(yīng)。采用三種朝向的陰極表面獲得的電壓~電流密度曲線幾乎重合，陰極開始等離子放電的電流密度降低了2個數(shù)量級左右。證明了在電解液中加入水溶性無極性高分子可以均勻地約束氫氣傳輸，實(shí)現(xiàn)了均勻的等離子放電。碩士生劉晨旭（獲得國家獎學(xué)金，現(xiàn)為清華大學(xué)博士生）研究了水溶性無極性高分子和溶膠約束氫氣傳輸?shù)膮f(xié)同作用，使陰極等離子放電的起弧電流密度進(jìn)一步下降。通過實(shí)驗(yàn)，王鵬證明了陰極上一旦沉積出來陶瓷膜，陰極就轉(zhuǎn)化為氫氣膜和陶瓷膜雙介電層的等離子放電。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上建立了氣膜/陶瓷膜雙層放電機(jī)制，提出陶瓷層的導(dǎo)電性能決定雙層放電的相對強(qiáng)度和涂層形貌：半導(dǎo)體涂層是致密的；離子導(dǎo)體YSZ涂層是致密的；電絕緣的Al2O3涂層是多孔的；陶瓷涂層摻雜碳、硅、碳化硅、貴金屬微粒等可提高涂層的致密性。這些研究的共同特點(diǎn)是，通過反復(fù)實(shí)踐檢驗(yàn)提出的設(shè)想，解決了陰極等離子電解沉積陶瓷涂層的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題，開拓了該技術(shù)廣泛的應(yīng)用前景。因此，在科研中導(dǎo)師與學(xué)生共同堅(jiān)持“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”是非常必要的。

    回顧自己的教育與科研經(jīng)歷，何教授感到值得欣慰的是，在按照創(chuàng)造規(guī)律培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面不僅自己有收獲，學(xué)生也有收獲。他希望年輕教師在此方面繼續(xù)探索，為國家培養(yǎng)更多更優(yōu)秀的創(chuàng)新人才！

    后記：“不謀萬世者，不足謀一時；不謀全局者，不足謀一域”。 科技創(chuàng)新強(qiáng)國，人才建設(shè)當(dāng)先！面對全球空前的創(chuàng)新密集和產(chǎn)業(yè)振興時代，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)無疑是國家核心競爭力的有力保障！唯有不斷探索創(chuàng)新，我們偉大的祖國屹立于世界文明之林，才能俯仰無愧！

    人物簡介

    何業(yè)東，男，1950生。曾任北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院首席教授、博士導(dǎo)師，材料表面化學(xué)與技術(shù)研究室負(fù)責(zé)人，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會理事，高溫腐蝕與防護(hù)分委員會副主任，中國稀土學(xué)報(bào)、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)和稀有金屬學(xué)報(bào)編委。

    主要研究工作為材料的高溫腐蝕與防護(hù)，材料表面化學(xué)與技術(shù)。曾承擔(dān)多項(xiàng)國家863和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。出版專著2部和教材2部，國內(nèi)外刊物發(fā)表論文200余篇，其中，SCI和EI收錄論文100余篇，多次在國際會議上做邀請報(bào)告，獲發(fā)明專利20多項(xiàng)，獲國家發(fā)明四等獎1項(xiàng)，省部級科技進(jìn)步獎二等獎1項(xiàng)、三等獎2項(xiàng)，曾被授予北京市先進(jìn)科技工作者稱號，國務(wù)院特殊津貼獲得者。

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