答案是,消耗在摩擦上。除此之外,全球一半以上的機械零件失效由磨損引起;摩擦和磨損造成的損失相當于全球GDP的2%左右……
“對抗”摩擦,潤滑是重要一途。而在航天航空領域,固體潤滑技術更是直接關系重大工程的成敗。
目前,在這一國際前沿領域,中國已占據一席之地。在國內該領域執牛耳者,當推中科院蘭州化學物理所固體潤滑國家重點實驗室,他們發展了系列化的固體潤滑材料并在固體潤滑材料中使用了稀土元素,創國際先例。
劉維民,是該所所長和實驗室主任。
2008年11月7日,人民大會堂,翟志剛從國家主席胡錦濤的手中,接過了“航天英雄”勛章。
勛章只有一枚,但航天英雄背后是千萬個無名英雄,劉維民就是其中的一位。劉維民帶領的團隊,承擔并圓滿完成了“神七”固體潤滑材料試驗項目——翟志剛出艙取回的那個試驗樣品,就是他們制造的80片各種各樣的固體潤滑材料。
“試驗的圓滿完成,是中國空間材料研究,特別是潤滑材料研究領域的一個新的里程碑。”薛群基院士如此評價實驗的重大意義。
鏡頭切換到2008年10月6日上午,蘭州化物所的一間試驗室里。
劉維民小心翼翼地把翟志剛取回的試驗材料放進一個潔凈工作臺里,然后剪開密封袋,曾暴露于太空環境中的固體潤滑材料樣品展現在人們面前。
這些樣品與地面上的同類樣品相比,肉眼就能看清楚其中的變化。尤其兩片銀色的樣品已經變成了淡黃色。
“看起來至少兩類變化很大。接下來要對樣品表面形貌和化學成分進行分析,3至6個月時間估計會有初步結果。”劉維民說。
固體潤滑材料一般能適應大約-200℃到200℃的溫度變化,且不易揮發,比較穩定。航天和軍事等方面用的固體潤滑材料,有些價格賽過黃金。
以風云三號為例,它的35套運動部件里,絕大部分需要使用固體潤滑材料。中國早在東方紅衛星發射時,就開始使用固體潤滑材料;從神舟一號飛船開始,重視固體潤滑材料空間環境行為以及空間應用試驗。
“通過這次試驗,我們還希望能考察太空環境對固體潤滑材料的影響,發展新的空間潤滑材料。”劉維民說。
在“神七”試驗中,除了固體潤滑材料本身的試驗外,還要保證航天員順利地把固定在艙外的樣品取下來。為此,蘭州化物所與中科院光電研究院聯合攻關,經過2000多次反復試驗驗證,設計并研制了同時具備鎖緊及解鎖功能的試驗裝置。
翟志剛出艙那天,劉維民守在中央電視臺的直播間里。“看到他很順利,沒有出錯,我心里一下就踏實了。”
自那以后的半年多時間里,劉維民團隊對經過空間環境試驗的數十片樣品的形貌與結構、機械力學性能、摩擦學性能、化學成分等進行了系統分析,獲得了一批原子氧、紫外光等對固體潤滑材料性能及化學變化的科學數據,為發展新型潤滑材料奠定了重要的科學和技術基礎。
劉維民和固體潤滑的結緣,是“純屬偶然”:“可以說,是黨鴻辛院士的一句話改變了我一生的命運。”1984年,剛剛畢業于山東師范大學化學系的劉維民接到了黨鴻辛先生的一封電報,問他是否愿意讀固體潤滑的研究生。
在劉維民的面前,一條延展的科研道路正逐漸清晰。
博士期間,劉維民進行硼類化合物作為潤滑添加劑的研究,是他人生道路上最重要的一塊基石。此后二十多年間,他與其所帶領的科研團隊密切合作,在航天、航空、裝備制造等高技術工業用潤滑材料領域取得了多項重要成果。
2004年,由他參與完成的“航空用特種潤滑和密封材料技術”,獲得了國家技術發明獎二等獎;2006年,由他主持完成的“先進潤滑材料制備與性能”,獲得了國家自然科學獎二等獎。此外,他還作為第一獲獎人獲得了4項甘肅省科技進步或技術發明獎一等獎。
“國家需要什么,我們就做什么”
在潤滑研究科技資源并不充實的大西北,為何能夠得到如此迅速的發展?這是采訪中記者不斷追索的疑問。“這也是我一直在問自己的問題。”劉維民說。
“我們潤滑科技所取得的發展,始終立足于滿足國家戰略需求,國家需要什么,我們就做什么。”劉維民告訴記者,這是他在二十多年前就得到的認識,“答案雖然很簡樸,但卻是不變的真理。”
1991年,博士畢業后劉維民獲得一次去美國圣路易斯參加國際學術會議的機會,那是他第一次邁出國門,無論是圣路易斯的大拱門,還是洛杉磯的迪士尼樂園,在他的記憶中依然感到十分震撼,而中美之間工業化社會發展程度的巨大差距,也給他留下了至今沒有停息的追索。
“從那時候起,我就沒有停止過追問:美國為什么走在我們前面?他們的經濟社會發展有需求,才有了科技進步的動力。也許我們能夠在一些科學問題上超越對手,但在工業和工程領域,我們憑什么才能夠追趕?”劉維民說。
當時的劉維民想不到,僅僅用了不到20年,中國人發射的“神七”,就將他們的潤滑材料帶上了太空。
這么多年科研生涯中,多年前的一件小事讓劉維民始終記憶猶新。為了一個國家項目的突擊攻關,時任蘭化所所長的薛群基院士搬了個凳子,就坐在實驗室的門口督陣。“那時我們的壓力很大,剛好是‘五一’長假期間,天天雨都在下個不停,所里前面一條路正在修,我主要負責技術方案的改進,和大家通宵奮戰,每天都是一腳泥地來到實驗室。在整整吃了兩個星期的盒飯之后,才終于得到滿意的實驗結果。”正是在這樣不懈絲毫的追趕中,他們成就了中國科研力量的積累與進步。
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