热障涂层力热化(访十七届中国青年科技奖特别奖获得者、西安电子科技大学教授杨丽)

Posted 2023-06-02

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热障涂层力热化(访十七届中国青年科技奖特别奖获得者、西安电子科技大学教授杨丽)

11月12日，在浙江温州举行的2022世界青年科学家峰会上，第十七届中国青年科技奖揭晓，西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院执行院长、华山领军教授杨丽荣获特别奖。　　

这项由中央组织部、人社部、中国科协共同设立并组织实施的科技奖，旨在造就一批进入世界科技前沿的青年学术和技术带头人，表彰奖励在国家经济发展、社会进步和科技创新中作出突出成就的青年科技人才。　　

网搜该新闻图片，杨丽教授竟然是一位身材纤瘦娇小、柔美清雅的“小女子”。她何以获此殊荣？记者一查“吓一跳”，原来“小女子”研究的是世界性科学“大课题”——航空发动机热障涂层破坏理论与评价技术。　　

国家奖励正是基于她在该领域，围绕国家重大需求和关键科学问题攻关而做出的突出贡献。11月15日，记者带着种种疑问和好奇专访了杨丽教授。

(11月15日，杨丽教授在西安电子科技大学长安校区办公室接受本报记者采访。)

极具挑战性的科学难题　　

航空发动机是飞机的“心脏”，乃国之重器，是国家核心竞争力的重要标志之一。研究其热障涂层的破坏理论与评价技术有什么意义？　　

杨丽介绍说：“航空发动机最核心的部件之一是涡轮叶片，这也是发动机运行中温度最高的部位。保护它的热防护材料就是热障涂层，就像人需要穿衣服一样必不可少，若是失效剥落了，就会导致飞行器发生故障甚至坠毁。对于热障涂层而言，涂层表面以及与基体界面性能的好坏，直接决定构件整体性能的优劣。因此，准确评价热障涂层表面与界面性能，对于保障航空发动机的服役安全可靠性具有十分重要的意义。”　　

“我研究的方向就是这方面内容，就像医生诊断病人一样，对热障涂层剥落的机理进行分析评价并提出解决方案。”　　

杨丽进一步解释道：“目前涡轮叶片金属材料承温能力约1100度，超过这个温度，金属会软化甚至断裂，所以要在金属表面外加一层更耐高温的材料，比如陶瓷。我们的研究，就是模拟航空发动机热障涂层的环境，建立这一环境下涂层剥落的力学模型，发展剥落过程的实时检测方法，分析热障涂层剥落机制，这是保障热障涂层安全服役的关键环节。”　　

一代材料，一代装备。作为提升航空燃气涡轮发动机服役温度最切实可行的技术，热障涂层已成为航空发动机、燃气轮机高压涡轮叶片等热端部件必不可少的热防护材料，极大程度上决定了发动机的性能与发展水平。可见，深入研究热障涂层技术破坏理论与评价技术，对缩小我国航空发动机与世界先进水平间的技术差距，促进航空、航天、能源等领域的发展，同样具有举足轻重的战略意义。　　

“热障涂层剥落是发动机安全服役所面临的巨大瓶颈问题，也是目前极具挑战的前沿科学难题。本质是热和化学环境下的力学失效问题，即力热化耦合。而热障涂层的表面与界面失效破坏，正是航空发动机涡轮叶片的主要破坏模式之一。”杨丽说。

但开始从事这一研究领域时，无论学术界还是应用部门对热障涂层剥落问题并没有太关注，因为当时大部分科研机构都在专注于热障涂层材料的设计和制备。尽管如此，杨丽和团队依然坚持这一领域的研究，克服种种困难，提出模型、研制实验平台、发展检测技术，这期间经历的曲折可想而知。她说：“当时应用部门基本上还没有需求，没有相应的实验设备，更没有科研经费的支持，甚至连实验样品都很难得到。”　　

突破多项核心关键技术　　

成功总是乐意垂青那些披荆斩棘、敢于攀登的勇者。从2002年开始至今，杨丽先后主持过国家自然科学基金重大项目课题、国家部委项目等科研任务，这些给予了她更多更强突破核心关键技术的底气。　　

她说，热障涂层模拟考核装置与测试技术能提供最可信、直接的实验依据，是热障涂层破坏机制分析、评价技术研究领域的热点与重点，也是世界强国的封锁点。2005年，团队做成第一代模拟装置。经过10年不懈探索、改进，2015年做成第三代，基本能满足航空热障涂层实验需求，但依然是静态。在这个基础上，2017年攻克关键技术，研制出我国首台热障涂层高温高速旋转动态模拟装置，为旋转高温部件模拟考核提供了关键实验平台。　　

目前，凝聚着杨丽及团队成员20多年心血的这项研究，已取得力-热-化耦合问题学术前沿的突破性进展，建立了同时考虑生长大变形与反应耗散的力-热-化耦合力学理论；产生国家发明专利40多项，获美国发明专利1项、俄罗斯专利1项；以第一完成人制定热障涂层国家相关标准1套（含11个标准）；在包括力学和涂层领域国际顶尖期刊JMPS、IJP、IJSS、Acta Mater等在内的高水平期刊上发表论文110余篇，出版专著《热障涂层破坏理论与评价技术》及其英文版，被学术界评价为“阐明复杂而又重要的应力场”“多方面的贡献”“实时检测新方法”。　　

团队通过与国内航空及涂层领域单位的长期合作，实现了力-热-化耦合理论、实验平台与分析方法的广泛应用与采纳，有力推动了我国热障涂层相关关键技术的突破，被评价为“关键技术支撑”“填补国内空白”。　　

成果先后斩获2020年湖南省自然科学一等奖、2017年部委技术发明二等奖、2014年湖南省自然科学一等奖等省部级奖项。　　

杨丽本人先后入选2项国家级领军人才、2项国家级青年人才等人才称号，带领团队入选2项省部级科研创新团队，担任中国力学学会物理力学专业委员会副主任委员、中国稀土学会热防护涂层专业委员会副主任委员、中国材料研究学会青年工作委员会副主任委员等学术职务。

　（杨丽教授在实验室指导学生。）

“那些年，我们上过的固体力学课”　　

1998年的那个夏天，18岁的杨丽以全校第一名的成绩考上湘潭大学，但机械工程专业并不是她的兴趣与理想。　　

“一开始，自己并不用心，后来才对这个专业有了深刻认识。”杨丽笑着说，因为自己出生在湖南常德澧县一个贫困的小山村，看到机械就勾起童年的记忆，那时父亲经常在家里修那些老旧的农业机械，机器的轰鸣声和飞尘总是弥漫在家里。父亲还常让自己帮忙把手伸进油乎乎的机器里取掉落的零件，被黑油污腻满的小手很难洗，这让她对机械有种莫名的抵触。　　

2002年，杨丽开始硕博连读并留校工作。导师给她布置了一项关于“航空发动机热障涂层”的工作，从未涉及该领域的她凭着一股韧劲，查阅500多篇文献，形成思路，做出充满自己对课题理解、想法与规划的PPT。在小组讨论会上，她出色完成课题汇报，详实的资料和图片、生动的讲解赢得导师大赞。　　

从此，她钻进这项研究“不可自拔”。2007年博士毕业，2012年被破格评为博士生导师，2014年晋升教授。　　

说到教学，她也是成果累累，曾获中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师、湖南省五四青年奖章、湖南省教学成果一等奖2项等奖励。　　

杨丽认为大学老师应该注重思想的引领、方法的传授与知识体系的更新。她20年来坚持本科教学第一线，亲力亲为指导硕士、博士研究生。她的研究生罗俊辉告诉记者：“杨老师特别注重思想和方法的引领，注重学生创新意识和能力的培养，尊重团队成员的想法，能充分挖掘大家的潜力和创造力。”　　

杨丽总能把枯燥的固体力学课讲得通俗易懂，学生很少缺课或请假，甚至其他系的学生都追随她的课，到教室提前占位。这种场景还被拍照传到网上，标注着“那些年，我们上过的固体力学课”。　　

罗俊辉感叹道：“杨老师无论科研还是教学，都非常认真负责，太令我敬佩了。我以后步入社会或搞科研，要像杨老师一样不断学习，有责任感和进取心。”　　

“希望未来成为妈妈那样的人”　　

2007年，杨丽与心仪的人结了婚。2009年，女儿出生。　　

“从我9岁开始，父亲就一直疾病缠身，母亲2012年中风，身体偏瘫。”杨丽回忆道，母亲中风那年，父母几乎全年都在医院度过。爱人也是研发人员，工作也很忙……　　

看着杨丽瘦瘦弱弱的身体，难以想象，那该蕴藏着怎样强大的力量，不声不响扛起事业、家庭中里里外外、许许多多的事务和责任。可她略显疲惫的脸颊上，分明透露着“刚强、自信和幸福”。　　

女儿的童年，都是在杨丽的办公室度过，也耳濡目染地感受到杨丽对工作的认真、对自己的严格、对学生的教诲。她说，女儿上学后懂事自律，把自己管理得井井有条，如今上初二，学习、生活都自立自强。更欣慰的是，女儿曾说“尽管妈妈陪伴我很少，但她用行动潜移默化影响着我，希望未来成为妈妈那样的人”。　　

未来，面向国家重大需求，杨丽和她带领的团队依然要攻坚克难、精益求精。我们期待，她在科研教学领域开创新辉煌！　

作者：周励