疏达是2007年度新科启明星,现在上海交大材料科学与工程学院任教并从事材料制备及相关工艺研究。在一本当年度的启明星联系册上疏达引起我注意的有两点:一是他的职称一栏是讲师(现在已是副教授),另外是他的民主党派身份。访问中,疏达所谈内容给我印象最深的是这十年来,他和他所在的材料生态制备实验室的主要精力聚焦在铝的纯净化上,从基础研究一直做到工业上应用。
1974年出生的疏达是安徽安庆人,1994年从南京航空航天大学机械工程系飞行器专业毕业后考入上海交大材料工程系铸造专业攻读硕士学位。硕士毕业后,在面临找工作还是深造读博的选择当口,他幸遇恩师、中科院院士周尧和教授。周先生那时刚从西安工大调来上海交大不久,这位国内材料加工领域德高望重的学者来到交大,他的讲座和对研究生的授课自然吸引了疏达,确定了他师从周先生攻读博士学位并最终通过了入博考试。在周先生和孙宝德教授等带领下,上海交大材料学院材料生态制备实验室从招博士生开始一点点扩张,从无到有的创建、发展积十余年之力,目前已成为国内外该领域有影响的研究单位。
在疏达看来,周先生最重要的学术贡献之一是确立了实验室的研究方向,把重点放在材料与环境的相容上。疏达告诉我,正是基于这一思考,周先生提出过集约化制造的想法,并进一步发展到生态材料,以此作为研究方向,具体从提高材料纯净度入手。
生态观念如何在科研中体现,材料对生态的影响及与环境的相容性,以及在此过程中如何节材、节能,减少污染?这些生态材料学追求的目标,周先生和孙宝德教授早在几年就提出并思考和行动了。疏达说,达到这个目标有多种途经,主要是从材料制备入手:一是使材料的性能变得更好,如材料的强度提高可节省材料或提高使用寿命;。二是材料加工中本身如何节能降耗减排,涉及加工工艺改进,做一些短流程的工艺;三是循环利用技术,如废铝材回收利用技术。
体现上述生态材料概念的典型做法就是利用电磁场作用,去除液态铝中一些非常小的(微米级)颗粒,以达到铝材的纯净化。这个课题从当初周先生在美国考察时获得信息开始立题,到形成相关技术并最终将这一技术推向工业化应用,整整花去了疏达和他的同事十年时间,正所谓十年磨一剑!疏达的博士论文也在此过程中完成(对这一技术及其背景的介绍参见本期疏达撰写的综述稿“材料生态制备技术”)。
为了解决从实验室到放大化处理(将该技术用于工业化的必经步骤),产生的距离增大、颗粒达到壁面的时间增加、电磁场去颗粒效果相应变差的问题,疏达他们在技术上的创新之一是将陶瓷分离器的内孔径放到足够大,至少在10毫米以上(原来为1~2毫米),以加大通过率。另外,他们解决了电磁中的集肤效应,即磁力线往往集中到外表面,而中心处往往形成无作用区的现象(中心的铝液得不到作用,这也是放大后遇到的又一难题)。
疏达他们的解决方案是将原先采用的圆形孔改为方形孔,因为他们发现铝液除了直线流动外,还有一个截面上的流动,这个流动(因电磁场作用而生)又称为二次流动。通常认为这种流动对净化不利。而疏达他们通过理论分析计算,发现二次流动在一定条件下对净化可能是有利的,特别是对中心部位,这种二次流动将铝液从内部带到外部,正好弥补了磁场的集肤效应,这样就解决了中心区无作用难题。
将一种实验室条件下很完美的技术拿到产业化现场进行工业化生产,其过程充满艰辛。疏达以电磁净化为例解释说,在实验室做与在工厂做条件完全不一样,实验室是公斤量级的实验,又是在理想实验状态下,所以很快就完成了;但直接上生产现场做,整个量非常大,时间又长,现场条件又恶劣。但只有走通这一步才是真正的成功。所幸的是,疏达他们最终完全走通了。在和包头铝业的合作中,疏达他们上海包头往返十几次,一呆就是一个月,和工人师傅一起干,包铝上下对他们印象都很好,评价非常高。事后,包铝董事长专程到上海交大与校方签署了战略合作协议。
对这段过程的感悟,疏达说了这样一段话:“从实验室走向应用是一个很大的挑战。不仅是数量放大,对技术本身也有很大的挑战。这可能也是国外一直未将此应用到工业上的一个原因”。
“我们十年就做铝液纯净化这一件事,从实验室一直做到工业应用”。由于这一技术的突破,使得工业上的应用成为可能。
十年一役,甘苦自知。但以苦为乐的人从中品尝的更多的是乐趣,当然也有不少收获。围绕这一技术的开发及其利用,疏达在国内外学术刊物上发了30多篇文章,申请并获授权多项国内外专利,并成功申请了973项目等国家级和省部级课题。
日本东北大学一位教授与疏达他们是同行,他们当时也在做这方面的课题,看到疏达的文章后,这位日本教授发现他们想做的工作已被中国学者完成了,他非常好奇。去年在日本举行的材料电磁加工国际研讨会上,疏达等人的报告被对主办方列为邀请报告。他们在会上不仅介绍了基础研究,还介绍了应用情况,引起了国际同行很高评价。
在周尧和院士和孙宝德教授带领下,疏达他们因铝的纯净化这个工作进入了材料电磁加工领域,虽是“后生”,但已受到国际同行的关注。这个项目2005年获得上海科技进步一等奖,2006年获得国家发明奖二等奖,申请了5项专利,现正在申请美国专利。
疏达说,他们接下来想做的是将此技术从铝的应用扩大到其他材料中,如现在正在和宝钢合作净化镀锌液。钢板为了防腐蚀,在加工过程中往往要作热镀锌处理。现在的问题是镀锌液与钢板会发生反应,形成一种名为锌渣的颗粒(微米级),造成钢板表面点状缺陷,影响表面质量和美观。这是影响汽车钢材表面质量的重要问题,目前对此尚无良策。宝钢对他们的技术非常感兴趣,作为合作,宝钢出资建造了一个大规模的做净化实验的中试平台,可以处理二吨级的锌。这是电磁场技术的拓展应用。
疏达2001年博士毕业后又到交大控制科学与工程博士后流动站做了两年的博士后,2003年出站后一直到去年底,都是讲师职称,直到去年底才聘为副教授。或许是因为疏达身处交大这一强手如林的环境,若是换一个单位,可能教授头衔早有了。当然,这只是我一个局外人的感慨,我的访问对象和我谈的是他感受到的科研的乐趣,“自己搞成的一项技术最终能用到工厂中,看到它的应用,这种快乐是最好的回报。”
“这十年,我就是简简单单做了一件事”,临别时疏达的这句话我一直记着,相信它会在我记忆中留存很长一段时间。
江世亮采写自2008年7月2日