馬宗義：讓「沙子」成為 金屬強大的增強相

來源：瀋陽日報-瀋陽網

馬宗義(右)到企業指導金屬基複合材料結構部件加工。

馬宗義，中國科學院金屬研究所二級研究員、材料製備與加工研究部主任，2018中國科學年度新聞人物。他在金屬基複合材料與攪拌摩擦焊領域解決了一個個「卡脖子」難題，科研成果廣泛應用於航天、核電、交通等領域，已為20餘個國家重大工程型號提供了百餘種規格的複合材料產品以及焊接技術服務。近日，馬宗義化身一名老師，用一個個鮮活生動的案例說明，帶領記者一起走進他為之奮鬥30餘年的金屬基複合材料的世界。

搶佔戰略性新材料制高點

金屬基複合材料雖然是小眾材料，但卻是事關國民經濟建設和國家安全的關鍵戰略材料。我國在這個領域起步於上世紀80年代，起步晚、基礎弱，馬宗義走的是一條充滿艱難險阻之路。

「自然界中，竹子是最典型的複合材料，竹纖維就是其增強相。」馬宗義告訴記者，增強相就是複合材料中能明顯提高基體材料某一性能的組元物質。他從竹子、草坯磚、鋼筋混凝土、雙金屬暖氣片等常見物品講起，一下子就讓記者對複合材料有了直觀的認識。馬宗義的講解逐漸深入：「我們所說的金屬基複合材料，是在鋁、鎂、鈦等金屬中加入各種增強相，包括碳化矽、三氧化二鋁、碳化硼等，現在研究的熱門方向是以碳納米管、石墨烯為增強相。複合之後，材料具有強度高、剛度好、熱膨脹係數低、耐磨、耐疲勞、熱傳導好等特點。比如鋁基複合材料，可以達到和鋁一樣輕，和鈦一樣強，熱膨脹係數和鋼材相近，總體性能明顯優於鋁材。」

結構部件輕量化、高可靠性是國民經濟建設和國家安全諸多領域的一致需求，金屬基複合材料可謂是應「需」而生，被定位為戰略性新材料。作為開拓者之一，馬宗義帶領團隊往返於實驗室和生產一線，摸爬滾打不知多少個日夜，一路闖關，開發出短流程、低成本粉末冶金規模化製備工藝，攻克了大尺寸與高陶瓷含量複合材料坯錠組織與缺陷控制難題，製備出3.4噸的鋁基複合材料坯錠，使大尺寸光學平臺一體化製造從夢想成為現實。相關產品已在我國風雲系列等十餘個衛星型號的光機主結構中應用。

為國家需求堅守更有意義

馬宗義常說，科研非一朝一夕之功，科研人員需要「板凳坐得十年冷」的堅韌不拔，才能真正有所得，對國家有所貢獻。他很慶幸，自己能夠在喜歡的科研方向堅持了下來，並為金屬基複合材料的發展貢獻了綿薄之力。

坯錠製備和成形加工是金屬基複合材料的兩大關鍵核心技術難點，每一點滴進步都建立在無數次失敗的基礎上，馬宗義至今記憶猶新。他告訴記者，從無到有，製備出幾十克的小坯錠，就用去了五六年時間，然後又受困於大尺寸坯錠製備，直至2010年，才製備出噸級坯錠。「有時候很可能是一個理解不到位，就會廢掉一爐材料，在經濟和時間上損失慘重。」馬宗義表示，材料塑性加工工藝研究同樣經歷了一次又一次的失敗。金屬基複合材料相當於在金屬中添加了大量的沙子，使得新材料變形能力特別差，嚴重影響其工業應用。馬宗義每天思考的都是材料變形加工三要素：變形溫度、變形量和變形速率，早期研究完全是摸著石頭過河，靠一次又一次的實驗累積。為了給軋機的軋輥加熱，他們用上了噴燈；為了不讓複合材料的溫度下降，他們用保溫棉包裹，一次次奔跑到軋機前。

馬宗義表示，在國家需求面前，科研人員要做和應做的就是想盡一切辦法完成任務。他在國內率先突破了鋁基複合材料可控塑性成形加工瓶頸，建立了基於模擬仿真的變形加工組織與缺陷調控技術，多個產品為國內首創，並在天問、天宮等多個型號上實現應用。

甘做行業進步的幕後推手

我國金屬基複合材料行業發展的點點滴滴，都儲存在馬宗義的腦子裡。他在不斷追求科技創新的同時，也在為行業進步做著力所能及的努力。

馬宗義作為中國材料大會等多個全國性學術會議金屬基複合材料分論壇主席之一，近年來參與組織了多個金屬基複合材料專題交流活動。他還於2016年倡導發起了第一屆全國攪拌摩擦焊接與加工學術會議，並將其打造成兩年一屆、科研單位和企業輪流舉辦的系列會議。

「科研院所、企業以及上下遊用戶因需求導向匯聚一堂，也許他人的一個報告、想法，可以起到開拓思路、指引方向的作用。」馬宗義認為，科研不能和工業應用脫節，眼下企業的科研力量也很強，搭建更多相互交流促進的平臺就更關鍵了。「學術交流活動可以解決為什麼做研究和為誰做研究的問題。我個人犧牲點時間和精力不算什麼，能夠為先進複合材料和攪拌摩擦焊技術的推廣應用做點事才是重要的。」馬宗義說。

瀋陽日報、沈報全媒體記者嶽雨

(圖片由中國科學院金屬研究所提供)