張文武

“我希望做一些原創性的東(dong) 西。”近日，由中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所（以下簡稱寧波材料所）研究員張文武創作的科幻小說《未來星球2049》在線發售。然而，創作科幻小說隻是張文武的一項“副業(ye) ”。

2012年，張文武回國加入寧波材料所，並創建了激光與(yu) 智能能量場製造工程團隊。他告訴記者：“團隊在建立之初就立下目標，要做中國先進製造研發的國家隊、先遣隊，真正走到世界科技的前沿。”如今，這支團隊正在鑽研精密與(yu) 極端製造工藝，築“工藝強國夢”。

從(cong) 複雜異型孔說起

進入21世紀以來，雖然我國製造業(ye) 取得了突飛猛進的發展，但在先進製造方麵自主創新能力不夠強，高端領域的核心技術和關(guan) 鍵元器件仍受製於(yu) 人，主要問題正是先進材料和先進工藝。

以飛機發動機打孔為(wei) 例，“如果說航空發動機製造是製造業(ye) 皇冠上的明珠，那其中的先進打孔就是明珠中的夜明珠”。張文武指出，由於(yu) 現代飛機發動機的最高工作溫度一般超過高溫合金熔點300～500攝氏度，所以發動機渦輪葉片和燃燒室要保障結構的長期工作穩定性，就必須使用熱障陶瓷塗層（TBC），還必須使用氣膜冷卻以隔離熱流，形成充分的溫度梯度。

氣膜冷卻需要通過氣膜孔來實現。“1985年，國外就開始使用複雜異型孔，其冷卻效率是直孔的兩(liang) 倍，等效保護麵積是直孔的十倍以上。”張文武介紹，“複雜異型孔相比常規直孔的加工要困難很多，我國尚未使用，但不使用複雜異型孔，國產(chan) 發動機的代差就無法縮小。”

那麽(me) ，複雜異型孔是什麽(me) ？在實驗室裏，張文武展示了用智能化激光加工出來的相關(guan) 產(chan) 品：在一塊合金板上，一麵是一個(ge) 個(ge) 針孔大小的孔，另一麵則是一個(ge) 個(ge) “貓耳朵”一樣的開槽，這些井然有序排列著的氣孔就是複雜異型孔。

張文武解釋道：“有了複雜異型孔，高速氣流從(cong) 針孔狀的一麵吹入，另一麵出來的氣流因為(wei) 氣孔的形狀可以形成一層‘氣膜’，進而成為(wei) 航空發動機耐高溫的‘金鍾罩’。”

“別看這小小的開孔，在沒有智能化激光三維加工技術時，這些異型孔的加工是非常困難的。”張文武進一步說，耐高溫是航空發動機的關(guan) 鍵。傳(chuan) 統加工技術不僅(jin) 耗時多、精度低，同時還會(hui) 在加工時形成細微的裂紋，為(wei) 航空發動機的穩定工作埋下安全隱患。

利用智能化激光三維加工技術，張文武團隊已經打通了複雜異型孔加工的技術鏈條，正在把該技術應用於(yu) 國產(chan) 航空發動機和燃氣輪機熱端部件的孔加工，實現產(chan) 業(ye) 轉化。

組建智能能量場團隊

特種加工在前沿科技領域的應用很廣，被譽為(wei) 一個(ge) 國家先進製造技術競爭(zheng) 的前沿領域。回國前，張文武在國外從(cong) 事特種加工技術研究，並活躍在國際學術界，但他心中一直掛念著國內(nei) 的發展。

談及為(wei) 什麽(me) 組建激光與(yu) 智能能量場製造工程團隊，張文武表示，廣義(yi) 能量是任何可以改變係統狀態的能力。曾有同行專(zhuan) 家評論，張文武已經把對製造工藝的研究上升到方法論和哲學層麵。那麽(me) ，智能是能量嗎？智能與(yu) 世界的交互作用怎麽(me) 來量化測量？

2010年，張文武在國外出版了智能能量場製造領域的第一本學術專(zhuan) 著，對上述問題作了相關(guan) 回答：“將智能用於(yu) 集成、優(you) 化、控製能量場，實現各種能量和物質場從(cong) 一種狀態向更高價(jia) 值狀態的改變，比如，智能手機就是將信息能量集成為(wei) 物質流、能量流、信息流，來實現其價(jia) 值。”

張文武喜歡寫(xie) 日記，工作中稍有思想火花，他都會(hui) 記錄在日記本裏，如今日記本裏的有些“思想火花”已經結出果實，比如他設計的水助激光加工技術，突破了透鏡將激光聚焦讓物體(ti) 熔化濺射的傳(chuan) 統方法，縮小了加工過程對物體(ti) 產(chan) 生的熱影響區，為(wei) 熱敏感材料接近零熱影響的孔加工探索出國際領先的中國工藝路線。

“中外發動機大修周期相差3倍以上的一大原因是，國產(chan) 發動機葉片采用激光衝(chong) 擊強化技術尚未成熟。”張文武發現，國內(nei) 現有的激光衝(chong) 擊強化技術存在能量利用率低、約束層穩定性差、需要繁瑣的前後處理等問題。

針對這些弊端，團隊發明了同軸送水加移動吸收層的工藝，不僅(jin) 提高了能量利用率，還同時解決(jue) 了現有技術約束層適應性差、加工效率低下等問題。“該工藝可以像激光焊接一樣隨動屬件，不需要預先貼膜，處理速度提高至少十倍。”張文武說，“這個(ge) 工藝擁有龐大的激光表麵處理市場，該技術的產(chan) 業(ye) 化將把中國的激光衝(chong) 擊強化技術帶進國際引領階段。”

大膽幻想帶來的是更多原創性的發明。張文武團隊發明了特種冷卻減阻技術，為(wei) 高速載人飛行掃清了一大技術障礙；發明了近光速粒子太空推進技術，為(wei) 實現星際探索提供了新思路。

“成果不服務社會(hui) 就是浪費”

“科研成果不產(chan) 業(ye) 化應用就不是完整的創新，不服務社會(hui) 就是浪費。”近年來，張文武團隊一直在推動技術成果的產(chan) 業(ye) 化工作。2013年，張文武與(yu) 兩(liang) 位朋友共同創辦了寧波晶鑽工業(ye) 科技有限公司，以生產(chan) 金剛石及相應製品為(wei) 主攻方向。2015年，張文武依托團隊技術創辦了寧波大艾激光科技有限公司（以下簡稱大艾激光）。

張文武團隊也得到中科院2018年度STS雙創引導項目的支持。在各方支持下，團隊先後研製出多款可廣泛應用的高端激光加工產(chan) 品，包括五軸聯動激光精密加工係統CNC、五軸聯動激光刃磨機、大尺度超高速激光表麵清洗係統、單軸（雙軸）便攜式激光清洗機。

長期以來，高端激光精密加工產(chan) 品都由國外技術主宰，國內(nei) 市場長期依賴進口。高端激光精密加工到底有何用途？張文武介紹，除了航空航天等高精尖領域需要大量使用激光精密加工，民生領域的複雜刀具加工是高端激光精密加工應用的主要場景之一。

比如，在3C數碼、大型電子器件等產(chan) 品的生產(chan) 製造領域，需要用到大量精密刀具對外殼、屏幕等材料進行切割。傳(chuan) 統的普通刀具難以做到有效切割，隻有精密的具備五軸甚至六軸功能的激光加工才可以勝任。

“如何創造出我們(men) 自己的五軸聯動激光精密加工係統是亟須解決(jue) 的‘卡脖子’問題。”張文武團隊在2017年研製出五軸聯動激光精密加工係統，通過近兩(liang) 年的調試和驗證，其穩定性及工藝均達到實戰水平，能滿足我國航空航天以及熱控、模具、刀具等國家重大民生領域的高端裝備需求。