日前，哈爾濱工業大學材料學院教授，金屬基復合材料國家地方聯合工程實驗室主任武高輝圍繞金屬基復合材料應用領域、發展前景及人才培養等方面接受采訪。

圖為1998年武高輝在實驗室

新華網：您研究的金屬基復合材料有何性能特征，目前主要應用于哪些領域？

武高輝：金屬基復合材料與大眾熟知的合金材料不同。合金是通過在純金屬中加入其他化學元素，從而達到提高強度、塑性的目標。例如，在鋁中加入適量的銅、鎂、硅元素可將純鋁的強度提高。但是，添加合金元素的方式對材料的彈性模量、導熱性、膨脹系數等物理性能改變效果不顯著。為了大幅改善材料性能，科學家經過反復試驗，在鋁合金中加入陶瓷、碳等異質材料，形成鋁基復合材料，有效地解決傳統合金難以應對的挑戰。近年來，金屬基復合材料在電子產品小型化、智能化的強烈需求牽引下，快速向廣闊的民用市場滲透。以常用的手機和筆記本電腦為例，采用鋁基或鎂基復合材料做外殼或內部支撐結構，可以減輕重量并大幅提升產品的結構剛度和耐用性。

新華網：您率領團隊成功設計制造二十余種金屬基復合材料，在此過程中面臨并攻克了哪些技術難點？

武高輝：最難的是材料制備，制備技術有兩個關鍵難點，一是要盡可能減少材料中的孔隙。陶瓷粉末堆積的預制體中有空氣，如果空氣殘留到復合材料中，不僅會造成氣孔缺陷，氣體的壓縮應力釋放更會導致材料撐裂。二是抑制陶瓷增強體與金屬基體合金的不良界面反應。一旦生成有害界面反應產物，材料無法使用。為了減少材料中的孔隙，歷經多次試錯，我們設計了一套實驗裝置，發現金屬溶液在非潤濕的陶瓷微米孔隙中的浸滲流動規律，在此過程中反復試驗大約300多次，經歷6年多的時間，研發出“自排氣壓力浸滲技術”，實現致密度接近100%的鋁基復合材料。金屬基復合材料的界面問題是研究的難點和關鍵，我們所用的無機非金屬材料，如陶瓷材料、碳化硅、碳纖維、金剛石等，跟鋁都有一些有害界面反應，一旦發生有害界面反應，材料性能衰減，所以必須解決界面反應問題。我們研發出簡捷的界面反應控制方法。首先改變合金成分，控制反應熱力學條件，同時降低制造溫度、縮短復合時間，控制反應的動力學條件，采用綠色可靠和低成本的方式解決了界面反應難題。

新華網：金屬基復合材料研究在起步階段曾被不少人認為“前途未卜”，您當時為何堅定地選擇了這個方向？您認為金屬基復合材料的研究對于推動新材料領域的發展具有怎樣的意義和價值？

武高輝：我很幸運自1981年撰寫本科畢業論文時起就開始金屬基復合材料研究，是國內最早開始研究的人員之一，親身參與了我國金屬基復合材料發展的過程。國外在金屬基復合材料研究方面比我們發展的更早，慣性器件的精度也更高。開始做金屬基復合材料的時候有人認為這種材料沒用。但我認為隨著裝備的發展，裝備性能功能的進步必然對材料有新的要求。金屬基復合材料的發展前景是十分好的，復合化的方法是實現“超常性能”最有效的實施路徑。新材料的出現極大地促進了新生技術、新一代產品的升級換代。能一直堅持把這事做起來，一方面是在需求的強大動力之下，另一方面，也離不開諸多資深專家與學者的鼎力相助與鼓勵支持。如今，我們研發的材料也在引領材料技術的發展。

新華網：面對新一代裝備需求，您認為未來金屬基復合材料的制備以及性能可以探索突破的方向有哪些？

武高輝：由于金屬基復合材料有著超越傳統合金性能極限的潛力，在未來新材料領域中，在超高溫、強輻照、極端載荷等嚴苛環境面前，這種復合材料應用前景廣闊。舉一個例子，飛行器在穿越大氣層時，其最前端的鼻錐要經受3000℃高溫有氧環境，過去用碳材料，會氧化燒蝕，不滿足設計要求。我們團隊通過實驗，用熔點僅為660℃的鋁加入石墨中，利用鋁易于高溫氧化的特點，消耗掉邊界層的氧元素，形成無氧環境，從而在2900℃、40秒的燒蝕條件下，其抗燒蝕性能較碳材料提高了1個數量級，而成本下降80%。

金屬基復合材料在帶來卓越性能提升的同時，也面臨巨大挑戰，尤其是成本問題和回收利用問題。因此，金屬基復合材料未來的發展方向是高性能、低成本、綠色制造。這就需要探索新的制備工藝和方法，降低材料制造成本，并采用材料基因組、人工智能的手段來提升性能設計水平。同時，在大力推廣這種高性能材料以解決當前需求時，也必須關注其全生命周期對環境影響，要從材料研發之初就重視綠色制造和再生利用問題，積極研發可回收的解決方案，保持可持續發展。

新華網：對于新一代青年科技工作者，您認為他們應如何主動將個人的學術探索對接國家需求，涵養和傳承科學家精神？

武高輝：我覺得這是一個非常重要的問題，科學探索要有興趣、要有激情，我們的年輕一代科技工作者需要思考怎樣把自己的工作重心，興趣愛好和學術專長跟國家的需求緊密結合起來。我認為我們每個人都想創新，而創新的源泉主要來源于兩個，一個是國內外的學術動向，還有一個是工程的需求，這就是實實在在的學術前沿問題。我們從這些問題入手，做我們的基礎研究和應用研究，這樣的創新激勵對我們工科院校的教師學生來說是更為重要的，我們這么多年也是這么走過來的。

科研有道，每個人的道都不同，以我個人為例，我的道就是把個人興趣和國家需求結合起來，以滿足國家需求為己任。試想一下，自己有動手能力的特長，還能在國家的支持下，結合國家實際需求研發新材料，何樂而不為。