——访哈尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所所长武高辉
本刊记者  高慧娟 

采访手记：

　　 我国材料科学晶体结构专家、中国科学院院士张泽将材料在未来社会发展中的重要作用，比喻为“国力基础、时代先驱和科技前沿”。关注材料领域的科学家是杂志由来已久的夙愿。哈尔滨工业大学教授武高辉是国内外金属复合材料界知名学者，我们跟踪关注他已有两年多了，多次约访均被婉言谢绝，终于，被记者的诚心所打动，得到应允。

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　　 金属复合材料是以金属为基体，里面加入不同种类不同形态的陶瓷做增强体而得到的新材料，它可以发挥金属与陶瓷的各自的优点，获得通常的合金所不具备的特殊性能。该领域较窄，但在现代航空航天的关键设备上往往有不可替代的作用。

与复合材料意外结缘 
 
　　 《科学中国人》：刚看到您发明的那么多新材料，感到一种震撼！它们解决了我国重大装备的那么多的关键问题。我们想知道，您是怎样与金属复合材料结缘的？
　　 武高辉：说来我很幸运。我是哈尔滨工业大学77级本科生，1981年毕业设计时，韩圭焕老师领着我干。当时金属复合材料这个名词还是韩老师访问日本时第一次听说的，实验室没有任何制备设备，不知道怎么干。我们商量做钨（W）丝增强铜（Cu）复合材料，可怎么实现呢？我自己用铁皮做了椭圆截面的铁筒，将铜箔铺在铁筒上，用车床将W丝缠绕在表面，再刷上胶，随后切下来变成2张单向板。可是怎么把单向板压接复合到一起呢？又难住了我们，因为没有热压机。我又想出了一个办法，从工厂要来几种弹簧垫圈，逐一在试验机上标定出弹簧垫圈的应力-应变曲线，将几张单向板用厚铁板夹住之后拧上8个带弹簧垫圈的螺栓，靠弹簧垫圈加压，在干燥箱内固化，钨纤维增强铜复合材料就这样诞生了！当时兴奋的心情无法言说。
　　 按计划完成不同方向上拉伸性能的测试和分析后，老师认为试验结束了。出于好奇心，我拿着拉断的试样来回琢磨，将表层铜箔撕掉，发现里面纤维排布方向向着拉伸的方向偏转了，这又是一个惊奇的发现！于是，我提出了一个纤维偏转的力学模型，并讨论了蔡—希尔强度准则适用性问题，论文在1982年4月中国复合材料学会第二届年会上宣读，受到很多鼓励。随后刊载在《哈尔滨工业大学学报》1983年第3期上。当时我还没有看到国内关于金属复合材料的研究论文，这篇文章也反映了我国金属复合材料研究起步时的状况。
　　 科研的成功和喜悦使我喜欢上了这个方向，如今这项工作已经成为我生活的一部分。

执著的300多次压力铸造试验

　　 《科学中国人》：做金属复合材料研究难吗？最大的障碍是什么？
　　 武高辉：说难也难，说不难也不难。做出小尺寸试样进行理论分析难度不是很大，但是要稳定地做出大尺寸材料很难。有了合格的材料，应用研究才能进行下去，理论研究才有可持续性。所以，材料制备工艺是最关键的，然而恰恰制备工艺研究很难，因为受硬件条件制约和受社会大环境的影响较大。
　　 《科学中国人》：那您是怎么攻克这项技术的呢？
　　 武高辉：1987年11月，我到哈工大的姊妹校日本千叶工业大学做访问学者，在我的恩师渡边久藤校长的研究室工作了几年，这段经历使我受益匪浅。
　　 制备金属复合材料的关键是去除复合材料中的空气（通常预制体中的空气体积占50%以上）。抽真空自然是好办法，但是当时还没有真空设备，如果能在大气环境下制备出无气缺陷的材料就好了。我提出了一个自发排气的办法，在模具底部开设排气孔，利用金属溶液的流动压力把预制体中的气体排挤出去。教授一再摇头说“这很危险”。很巧，不久日本《轻金属》学报发表了一篇研究快报和照片，一位研究者也设想了在模具中开排气孔的方法，结果高温铝液喷射出来布满了现场，警示人们这样做不行。可我还是不服气，认为能行，坚持做了。最紧张的时候是每天早上开车床（设备都是自己亲自操作的），用耐热钢加工出4个模具，上午装填预制块，中午保温，晚饭前做压力浸渗，晚间到半夜把外边的模具车掉取出复合材料样品，这样一天4个样品，第二天再解剖分析。就这样，持续3年多，找到了一些规律，但是制备的材料时好时坏，复合机理并不清楚，当时还没有任何模拟分析的手段。
　　 金属溶液是怎么浸渗的？我每天都在冥想，连做梦也在想，一天凌晨，脑海中出现了一个主意，如果在复合材料预制体不同部位放置热电偶，就可以实时检测金属溶液向预制体中浸渗的过程。这要在模具侧面也开出热电偶的孔洞，高压浸渗时更危险。我采取了一些措施，做好保护。几轮实验，果然眼前出现了预制体不同部位温度跳跃式变化的曲线，再三分析，推演出金属溶液液面推移规律和凝固边界的移动规律。结果整理出来，茅塞顿开！摸索了快四年，300多次试验，终于明白压力浸渗的工艺控制原理，论文发表在日本《轻金属》1993年第1期上，当时叫做“加压排气铸造”。
　　 回国后又不断完善工艺路线，总结出一套新的压力浸渗控制方法，提炼出温度场、流场及浸渗速度的控制要素，从而实现了大气环境下高致密度制备。与美国报道的真空制备方法相比，不仅设备简单，而且由于复合时间短，还解决了界面反应等问题。正由于解决了制备工艺问题，我们的复合材料研究才进入了性能设计的层面，目前已经诞生了近20种复合材料，这项技术成为我国特有的金属复合材料制备技术。
　　 《科学中国人》：4年300多次试验，平均每周两次，压力铸造试验是较繁重的工作。您是靠什么信念坚持下来的？
　　 武高辉：一项新工艺一项专利，无非几个参数、简单的装置，可却凝聚了研究人员很多很多的心血。
　　 我之所以倾心于材料制备技术，因为我深信，现阶段这最重要，有了合格的材料才有理论研究和应用研究的资本，加之我也擅长于动手。刚到日本时，正好研究室安装了一台高分辨电子显微镜，稀罕得不得了，开始了复合材料界面研究。不久发现，这里的科研条件非常好，经费没有障碍，运行机制也很顺畅，在这样的好条件下，为什么不研究解决材料制备问题呢？于是很快转向，搞起了制备技术研究。当时没有计算机模拟技术，只能硬干，很正常，没觉得如何辛苦，每次试验都能有一些新的发现，新的进步，这就有希望。
　　 回国后，我所在的哈工大和921教研室是个好集体，给了我莫大帮助。当时教研室雷廷权、杨德庄和周玉等正副主任以及老教师们始终对我有一种期盼，在刚回国最困难的时候从物力、经费、研究生分配上支持我，同时回国就免评审晋升为副教授职称，两年后评上了教授，因此我的后顾之忧不多，可以让我集中精力攻关，这也是一个重要的客观原因。

留学的收获

　　 《科学中国人》：您在日本工作六年，除了攻克复合材料制备技术，还有什么收获？
　　 武高辉：和绝大多数留学日本的朋友一样，在这个国度里学到了像文明素养、团队意识、恪尽职守、精益求精等精神层面受益终生的东西。不同的是，我因为工作太卖力而生病，住院半年多，有幸和各种日本人，特别是参加过侵略战争的老年人朝夕相处，他们各种各样的目光使我有所醒悟：从小就知道中国人站起来了，可事实是那段被侵略、被奴役的屈辱历史使得中国人在他们眼中还远远没有站立起来。我们从小就接受爱国主义教育，但并不知道“爱国”这两个字的个中滋味，身在他乡方有感受，只有自己的国家强大了我们个人才有尊严。爱国其实很具体，就是自强。文明礼貌、讲究卫生、重树礼仪之邦的中国人形象就是爱国；把自己的工作干好，干得比日本人还要好，要超过他们，这就是爱国。出院后我没有听大夫的话好好休养，而是更加拼命了，他们认为解决不了的问题我都做到了。回国多年后，哈工大访日代表团回来跟我说，千叶工大的老师都夸你很能干，很佩服你。说实话，这话我爱听，长志气！
　　 《科学中国人》：为什么选择回国？
　　 武高辉：在外国无论干得多么出色，都不是主人。出去是学本事，趁着年轻回来为自己的国家做点事。1993年11月，出国6年整，我回国了。由于研究工作紧密服务于航天，新材料和新工艺研究发展就较快，我不仅为国家重大工程做了些事情，还成为了惯性技术专业组里唯一的材料专家，解决了一些实际问题，提了一些战略发展意见并吸收到国家发展计划中，这是实实在在地为国家的科技发展献计献策。我亲身体验到了“做主人”的责任感、自豪感，这在国外是享受不到的。

科学研究的“道”和“术”

　　 《科学中国人》：回国20年，您做科研有哪些领悟和体会？
　　 武高辉：我搞科研是因为兴趣和信念，从小就喜欢动手制作，还总想变着法儿做出点新奇的东西来。
　　 搞科研每个人都会有自己的风格或者倾向，或称之为科研之道。科学探索要有好奇心、要有兴趣，而一旦自己的兴趣和国家需求碰撞到一起了就会产生激情，而且是延绵不断的激情。我的这个“道”就是，把个人兴趣和国家急需结合起来。
　　 栾恩杰院士曾经来我研究所座谈，对我的一些想法做法十分感兴趣，启发我说不仅要需求牵引（满足国家急需），还要牵引需求（走在装备发展的前面）。细想，这是一个更高层次的境界，至今还在尝试着、追求着。
　　 《科学中国人》：有道也就有术，二者相辅相成。您的工作中的“术”是什么？
　　 武高辉：科研当然也是有术的，而且很重要。论述科研方法的书很多的，我热衷的是，用“简单”的方法解决复杂的问题。
前边讲的自排气压力浸渗就是一个例子，在大气环境下用压力机得到了接近理论密度的材料，这是中国独有的制备方法，比美国的真空压力浸渗有很多优势。如，不像国外那样在纤维上镀膜，而是只通过工艺控制就制成了无界面反应的碳纤维/铝（Cf/Al）复合材料、还有有自润滑界面的TiB2/Al功能复合材料、界面半共格的纳米复合材料等。目前，已经有4种复合材料正式应用于十几个新型装备，解决了一些“卡脖子”问题。
　　 2011年徐匡迪院士来我校参观，看到了我的成果介绍十分高兴地说：“碳纤维与铝的反应控制很难，我一直赞赏用工艺的方法解决。下次来参观希望能看到你更多的展板。”这番话促使我对认识论和方法论有了新的领悟。但凡问题都有简单复杂之分，方法有简单复杂之术。用复杂的方法解决复杂的问题是一种水平，而敢于用“简单”的方法解决复杂的问题更是一种能力和一种境界。我刚刚尝到一点儿甜头，还在努力着。
　　 《科学中国人》：还有哪些科研心得与我们分享？
　　 武高辉：其实我用的还是很笨的办法，科学上可能没有捷径。找到碳纤维增强铝复合材料界面反应控制这个“简单”的方法，用了整整10年。如果总结成功经验，首先是坚持不懈，锲而不舍，不指望走捷径，不急于发文章；其次是要有动手做的习惯和天赋。另外就是专注。我有个习惯，专注思考一个问题，连做梦也在想，很多好点子都是在凌晨两三点在睡梦中想出来的，床头常预备一张纸，随时准备记录。至今有七八种复合材料的研制成功均得益于这种习惯。
　　 用“简单”方法解决复杂问题不是天才想出来的，而是从一次次的失败经验中总结升华出来的，一旦捅破一层窗户纸，聪明的方法就诞生了。在可知论者眼里，世间事物是可知的，是有规律的，就看你能否看到它的变化本质。爱因斯坦方程E=mc2再简单不过，它蕴含着深刻的哲理。

科研的定位

　　 《科学中国人》：我们知道，您不仅搞材料，而且对惯性技术、红外制导、卫星、宇航服、空间站、导弹、超音速飞行器等都有所了解。科研的跨度怎么这么大？
　　 武高辉：这个问题问得很好，我和年轻教师座谈也遇到类似的问题，实际上这是一个科研定位的问题。
　　 钱学森提出“技术科学”的概念，指研究的对象既不是科学中的技术问题，也不是纯技术或纯科学问题，而是工业技术中的科学问题。我觉得这个概念符合理工科大学的研究工作定位。所以，从工程，特别是国家重大工程中发现问题，找出科学规律，用科学的方法解决实际问题，这应是我们的工作定位。
　　 我在研究所文化建设中提出了一句话“以国家需求为己任”，这就是我们团队的工作定位。客观上我们受益于哈工大的航天因缘，对航天了解得多些，涉及结构、制导、控制、电子、通讯、防热等多个技术方面，接触了十多个国家重点型号。
　　 我这种科研定位的信念是在日本建立起来的。日本著名的“铸造士”山口猛先生一次认真地对我说：“我发现你们中国的教授研究论文很多，但对工厂的情况却不了解。你们国家还很穷，拿出的科研经费不容易，为什么不把这些珍贵的钱用来提高技术水平呢？我们只有很少的教授研究基础理论，而大部分教授一开始就瞄准企业的技术问题搞研究，所以工业技术发展才这么快”。这番话语重心长，左右了我的工作重心。
　　 《科学中国人》：那么，您是怎么处理发表论文与工程任务的关系的？
　　 武高辉：作为高等学府必须要占领学术的制高点，最好是国际国内某领域的领军地位，这是世界一流大学及其教授的学术使命。这一点我清楚。我率领团队一直努力写论文，水平不高，我并不满意，不过我们团队在SCI数据库中的金属基复合材料论文数量，在国内还是较多的。我还清楚，对于工科院校的教授来说，发文章不是科研的出发点，也不是归结点，只是解决问题过程中的一种交流形式。我们的研究归根结底是以解决我国的工业技术中的基础问题为目标，这也是我的基本定位。
　　 《科学中国人》：与工程界紧密结合做科研，收获很大吗？
　　 武高辉：受益匪浅。当解决了一些问题之后，我们材料工作者的人生价值得到体现，很有幸福感。更多的还是回报。与工程接触越多、发现的问题也越多，得到的灵感也越多，特别是重大工程超前的技术，更激发了人的想象力和创造力。我们的20多种新材料的发明大部分都能直接解决背景急需的关键问题，而且每年都有1～2种新型材料诞生。
　　 《科学中国人》：您近期有什么规划？
　　 武高辉：每天都有做不完的事情。一直在思考和践行着学生的培养和年轻教师的成长工作，做了很多尝试；在基础理论上找到升华点，要有所突破，新的制备技术即将成功；围绕国家重大工程，完成眼下几项任务，还准备拓展新任务，研发一些新的材料。雷廷权院士生前就帮我计划着写书，不能再拖了，总结梳理以往的工作，出几本专著。
　　 由于金属复合材料已经走向了应用，靠高等学校的体制已经不能胜任工程化的任务，委托能人把产业化搞起来。虽然工作担子很重，好在我的团队成员都很能干，我把握方向，让他们去干。我隐约看到，再经过一段努力，我们的工作在某几个点上达到国际领先水平是可能的，这一点我有信心！