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拳拳赤子心 科技报国志

——记中国工程院院士、新材料技术研究院教授谢建新

作者:宣传部 吴钰重 | 来源: | 更新时间:2016-01-10 | 点击数:


湖南省有个双峰县,历史悠久,名人辈出,享有“国藩故里,湘军摇篮,女杰之乡”之誉,迄今为止从该县走出了7 位院士,其中一位就是中国工程院院士、北京科技大学谢建新教授。谢建新于1978 年考上当时的中南矿冶学院( 现中南大学前身) 金属压力加工专业,从此与金属材料结缘。1991 年在日本东北大学工学院材料加工学系获工学博士学位。1995 年回国在北京科技大学任教授至今。2001 年被聘为教育部长江学者奖励计划“特聘教授”,2002 年获国家杰出青年科学基金资助,2003 年获全国留学回国人员成就奖,2014 年获全国优秀科技工作者荣誉称号,2015 年当选中国工程院院士。

在业界和学界, 谢建新的学术成就蜚声海内外。他兼任国家“十五”~“十二五”863 计划新材料技术领域专家、国家“十三五”重点专项“材料基因工程关键技术与支撑平台”专家组组长,担任国家973 项目“高性能金属材料控制凝固与控制成形的科学基础”的首席科学家。他的很多科研成果,对于促进我国在金属材料加工领域的技术发展与应用,产生了重要作用。尽管成效卓著、硕果累累,但他依然为人低调、淡泊名利,全心投入自己热爱的科学研究中,孜孜以求、追求精益。读书、科研、育人,是他人生的主旋律;严谨、勤奋、低调是他人格魅力的写照。

科技报国 服务社会

谢建新始终以国家经济建设和科技发展的重大需求为己任,他以战略家的眼光、科学家的严谨、实干家的务实不遗余力地致力于科学研究向生产力的转化,以期科技报国,服务社会。我国铜资源紧缺,但是每年用于国民经济建设的铜消耗量巨大,2014 年纯铜消费1100多万吨,但铜资源75% 依赖进口。早在1998 年,铜的价格还相对较低,但谢建新以其宽阔的视野和战略的眼光预测到未来国家建设会非常需要铜资源,铜的价格会大幅上涨,而我国是铝资源丰富的国家,因此他提出了铜铝复合材料连铸直接成形的选题。在铜铝复合材料中,铜占20%-30%,铝则占到70% 以上,用来替代百分之百的纯铜,百分之七十的铜被取代后将大幅度节省成本,利用趋肤效应还能获得基本接近铜的导电性能。铜铝复合材料的推广应用将有利于极大地缓解我国对铜资源的需求压力,满足我国经济建设的需要。事实证明他的判断是正确的,我国目前是全球最大的铜消费国,在全球总需求量中占比超过1/3,过度地依赖进口造成国际市场借机炒高铜的价格,铜原料的短缺已成为我国经济发展的严重制约因素,已经上升到国家安全战略的高度。

谢建新一直把科学研究的方向瞄准学术前沿,以超群的学术敏感和创新精神独辟蹊径,敢为人先。他坚持“人无我有,人有我优”的原则,即使研究相同的材料,也要采用新的技术和工艺。铜铝复合材料就采用不同于传统的方法,传统的方法是在铝棒外面包一层铜皮,将铜皮焊接起来,像包饺子一样,但铜铝结合质量较差。谢建新发明的方法是连铸成形铜管,同时往铜管里连续充入铝液,一步制备出高质量的复合坯料。这样的好处在于液态铝与铜之间有扩散,两者的结合强度会更大,但困难的是,液态铝和铜直接接触有剧烈而快速的反应,生成金属间化合物。因此,技术的关键也是诀窍就在于如何控制两种金属反应的界面,让界面达到冶金结合,同时避免生成脆性大的合金化合物,在后续的加工过程中铜和铝分开。

技术研发过程中出现很多困难,面对困难,谢建新以坚毅执着,不达目的誓不罢休的韧劲带领团队攻坚克难,大胆创新,最终发明了连铸过程固液界面精确控制成套技术与装备,解决铜铝复合材料连铸直接成形关键技术难题。谢建新开发了连铸复合—特种孔型轧制加工—强制润滑拉拔定型,高效生产铜铝复合电力扁排和扁线产品的短流程新工艺。解决了双金属凝固行为、界面层结构和性能、双金属加工协调变形等基础性问题,突破了连铸过程、界面反应、轧制变形制度、复合产品退火等精确控制技术,研制了连铸复合设备、连铸过程和连铸质量控制系统、产品加工成形和在线连续退火等关键装备,实现了工业化生产。与国外产品相比,研发的复合电力扁排和扁线界面结合强度提高10% 以上,工艺流程缩短40%-60%、节能30%-40%、综合成材率提高20%-30%、成本降低30%-50%,有利于实现大规模替代纯铜产品,推动以铝节铜,缓解铜资源紧缺问题。美国Light Metal Age 杂志约稿进行了报导。相关成果获2014 年度国家技术发明二等奖。

实践促科研 转化助生产

谢建新一边在实验室做基础研究,一边注重推广应用研究,他一直强调科学研究要加强技术转化力度,重视产学研相结合,以科学研究推动技术发展和国民经济的发展。科学技术并不能简单地等同于生产力,科学技术的应用与推广需要通过实践反复检验。2006 年铜铝复合材料已完成实验室的原理研究,开始到企业做中试,适逢铜价上涨得特别厉害,铜导体材料生产企业面临着巨大的成本压力,很多企业找到谢建新希望寻求合作。谢建新对科技成果的实践转化有着独特的认识,他选择合作企业有自己的原则,更看重技术的生命力,考虑企业是否具备相关的技术人才和基础,是否具备社会推广能力。这种基于长远的考虑打通了材料生产到应用的所有环节,使产业化的过程更加顺利。

从实验室里的原理研究到产业化过程中会出现很多问题,因为在实验室里的规格小,试验不连续,但到了企业规格成倍增加,要求实现连续生产。规格的增大造成了生产控制难度成倍增长,连续生产时产品质量稳定性和一致性控制成为技术瓶颈。例如,在实验室做十米长的样品,温度等参数变化很小,但在企业中24 小时连班生产,变化的放大对产品质量的影响很大。企业的连铸过程中至少要三天三夜,如果稳定性控制不好的话,产品质量就会降低,所以对自动化控制和检测的要求非常高,困难也比较多。谢建新始终坚持亲力亲为,负责工程化整体方案设计、关键设备设计,制定工艺试验研究方案,组织团队指导、参与设备安装调试和工艺试验研究。他注重培养年轻老师解决工程问题的能力,经常教育年轻老师“搞科学的不能天天待在办公室,要多去工程一线解决实际问题。”他提倡团队合作精神,建立实验室的微信群,每当有老师遇到技术难题时,他和其他老师都在微信群里一起讨论解决。在谢建新的带领下,他的团队克服重重困难,为企业提供成套工艺技术和设备方案,指导生产线建设,建成生产线后继续提供技术指导,协助产品开发和应用研究,过硬的技术和知难而进、排除万难的精神赢得合作企业的良好口碑。

铜铝复合材料实现了规模工业生产,不仅推动了技术进步,更大幅度地节省了企业的生成成本。为了有利于新产品的推广应用,谢建新牵头制定了2 项国家标准《连铸轧制铜包铝扁棒扁线》和《连铸铜包铝棒坯》,并已获得美国ASTM协会批准,正在制定相关国际标准。铜铝复合材料的推广应用对缓解我铜资源严重短缺,保障国家资源安全具有重要意义。

梅花香自苦寒来,宝剑锋从磨砺出。谢建新几十年如一日,不忘初心,勤恳耕耘,致力于推动产学研相结合,取得累累硕果。他荣获国家技术发明二等奖1 项,国家科技进步二等奖2 项,国际学术奖励2 项,省部级科技进步一等奖6 项、二等奖2 项。发表SCIEI 收录学术论文200 余篇;正式出版专著5 部、译著1 部、教材1 部;申请国家发明专利80 项,其中已获授权61 项。铜包铝复合材料连铸直接复合成形、高性能铜及铜合金管材短流程高效制备加工、高性能铝型材挤压成套工模具设计制造、等温挤压等技术已转让20 家企业进行产业化或中试开发。还荣获国家级教学成果一等奖1 项,省部级教学成果一等奖1 项、二等奖2 项。

言传身教 培育桃李

尽管科研任务繁重,但谢建新还是亲力亲为地指导学生培养的每一个环节。无论是本科生还是研究生,从课题选题到中期汇报再到毕业答辩,他认真听取学生的每一次课题进展汇报,更正实验细节,亲自修改每篇报告和论文,课题组的学生到毕业时都会积累厚厚的一沓经过他仔细批改的文稿。尽管有些学生的指导老师是课题组的其他老师,但作为梯队的大家长,他了解和关心每一位学生的学习情况和研究进度,对他们的研究课题也严格把关。

谢建新一直强调学生选择课题要有科学意义和实际应用价值,鼓励学生从应用型课题中提炼科学问题,从理论型课题中寻找应用价值。他特别看重学生分析问题和解决问题的能力,注意培养研究生的动手能力。他指导的学生研究的课题大部分都是与工程实践相关,需要和生产一线结合,涉及到设备的设计、组装、维修以及调试等都由学生自己动手完成,很多学生毕业后除了具备材料方面的知识外,还具备了机械电器等相关知识。谢建新重视研究生的国际化培养,鼓励学生参加国际会议,派学生去国外大学交流,了解学术前沿的动态,鼓励学生发现前沿的问题。研究室的一个重要研究方向是研究Cu-Al-Mn 形状记忆合金,他鼓励该研究小组的成员前往该研究领域的热门研究机构日本东北大学交流学习,借鉴同行的先进研究经验,以便更高效的开展研究工作。

谢建新注重科研思路,经常告诫团队的老师和学生“好的思路往往比结果更重要”,提倡用科学的方法研究科学问题,在研究生确定研究课题前,他要求学生进行一段时间的预研实验,通过预研实验确定课题的可行性后,最终确定选题。当课题中遇到困难时,他都会与梯队里的其他老师一起研究讨论,群策群力,共同解决。他鼓励学生有不同的学术观点,当学生在学术上与老师存在异议时,他会让学生摆出更多的证据来佐证自己的观点,共同讨论商榷。他要求学生保留实验中的实验原始数据,重视实验中的异常,他告诉学生很多科学发现都源于异常的数据,因为异常数据可能代表着新的发现,通过对他们的分析,可以探索出其中蕴含的不同机理,不能凭主观意愿轻易舍弃掉这些异常数据。

谢建新不仅严格要求学生,更以身作则、严于律己。只要没有其他事务,每天他都在实验室里,学生给他发短信、打电话都能找到他,即使做副校长的时候,他白天忙于行政事务,晚上也会到实验室,忙到11 点多才回去。不论寒冬酷暑,他都是实验室走得最晚的人,这一点让很多学生自愧不如。而他对学生论文的修改更是让学生汗颜,一篇期刊论文一般修改三五次,多则十余次,每次修改都是字斟句酌,连标点符号都改得清清楚楚,比学生自己都细致。他正是以勤奋的态度、严谨的作风,言传身教,培养出大批基础理论坚实、能解决科研和生产实际问题的优秀人才,他的大部分学生已经成为高等学校、科研机构和企业的科研、教学骨干。很多学生在毕业后很怀念在学校得到谢建新指导的时光,他的学生都说:“读书时谢老师严谨、细致的治学态度给我们打下了深深的烙印,让我们在工作中受益匪浅。”

虽然谢建新在科学研究和教学领域都取得了突出的成绩,但他始终保持着好学、谦虚、朴素的作风,对待学术问题求真务实、勇于创新;对待身边的人以诚相待、和善质朴,受到老师和学生的深深爱戴,他用自己的全部精力在科技转化为生产力的实践道路上不断创造着辉煌。