姚萍屏：不舍攀登，挺進“粉末冶金摩擦學材料”創新高地

◎ 文/王 鵬

姚萍屏，中南大學粉末冶金研究院教授，博士生導師，湖南博云新材料股份有限公司副總裁,目前兼任湖南省摩擦學會理事長、中國機械工程學會摩擦學分會常務理事、中國機械工程學會摩擦耐磨減摩材料與技術專業委員會主任委員、中國機械工程學會粉末冶金分會理事、湖南省機械工程學會常務理事、《潤滑與密封》期刊雜志編委等學術職務,長期從事高性能粉末冶金摩擦、耐磨、減摩材料等新材料方面的研究工作，先后主持和承擔了國家“863計劃”、鐵道部重大技術引進與吸收項目、中國民航總局航空制動材料項目和國防軍工攻關項目等30余項課題的科研任務。

時至今日，姚萍屏教授已與材料科學打了20多年交道。在科技創新的道路上，他不舍攀登，執著前行，不斷挺進“粉末冶金摩擦學材料”的創新高地。特別是近年來,他帶領中南大學粉末冶金研究院的粉末冶金摩擦學材料團隊，緊盯國家重大技術需求，刻苦攻關，數次打破國外關鍵技術封鎖，并成功實現新技術的產業化落地應用，創造了可觀的經濟社會效益。

如今，在神秘遙遠的空天、飛速穿行的高鐵上，都“傳唱”著他和團隊創新的故事。

唱響中國航天自主創新之歌

2016年10月19日凌晨3時，神舟十一號載人飛船與天宮二號空間實驗室成功實現自動交會對接。許多人通過電視畫面，見證了這一激動人心的時刻。

“交會對接”之所以受到格外關注，一方面因為它是執行航天任務的關鍵一環，另一方面還因為它是一項非常復雜的工作。

空間交會對接技術是指兩個或多個航天器在太空軌道上合并連成一個整體的技術，是實現航天站、航天飛機、太空平臺和空間運輸系統的太空裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌道上服務的先決條件。對接過程中存在減速、碰撞對接及對接失敗時迅速脫離等三種工作狀態，為了降低接觸力和保護對接機構，就需要用到減震及制動裝置，也就需要用到摩擦副，因此，摩擦副性能的穩定性，直接關系到航天器空間對接的成敗。

長期以來，國外一直對該技術采取保密策略。在此背景下，姚萍屏率隊攜手中國航天八院，開展了空間對接機構用摩擦副材料的研制。

通過大量實驗與對比，他們從基體、合金化元素、摩擦潤滑組元在空間環境下的協同作用機理出發，研制了一種新型空間對接專用粉末冶金摩擦副，并通過環境模擬實驗，分別研究了空間原子氧腐蝕和空間輻照對摩擦副摩擦磨損特性的影響機理，以及高真空狀態、高低溫交變狀態及微重力混合狀態下全功能摩擦副耦合摩擦磨損機理及空間摩擦副失效預防機制。在這些技術突破的基礎上，最終研制出性能更優異的摩擦副，已在天宮一號和神舟八號、九號、十號飛船以及天宮二號和十一號載人飛船、天舟貨運飛船的多次交會對接不辱使命，并將在后續的中國空間站建設中再次建功立業。

空間用全功能摩擦副打破了國外對我國航天的技術封鎖，為我國航天事業發展做出了貢獻。

打破國外高能制動材料技術封鎖

制動裝置是高鐵和飛機等高速運載工具的重要安全件，受到普遍重視。制動裝置中使用的摩擦材料則直接關系到它的性能，因而對高鐵和飛機的安全運營至關重要。

粉末冶金材料被認為是很有潛力的高能制動材料，但由于以鐵為基體的粉末冶金摩擦材料，使用壽命短，且在高能制動條件下，易出現與配對鋼件的熔焊現象，為了保障高鐵和飛機的安全行駛，急切需要開發新型耐高溫耐磨損粉末冶金摩擦材料。應對這一技術需求，美、日、德等國均開展了高和飛機用新型粉末冶金摩擦材料的研制，并獲得應用。但對國內，國外配套廠商均實施技術封鎖，使得國內相當長時間內粉末冶金航空剎車副和高鐵閘片全部需要依賴進口，價格昂貴，直接提高了航空公司及高鐵的運營成本。因此，研究我國具有自主知識產權的新型高能制動粉末冶金摩擦材料，成為當務之急。

響應國家對新技術戰略需求的號召，姚萍屏教授率領自己的科研團隊聯合湖南博云新材料股份有限公司，開展了一系列創新性研究。

他們通過制備一種新型的銅基體及應對高溫和抗熔焊的高體積分數非金屬組元的新型粉末冶金摩擦材料，實現了高能制動條件下材料的高耐磨性；通過發明的雙粘結劑技術、梯度升溫和梯度加壓組合的加壓燒結技術，解決了高含量非金屬組元粉末冶金摩擦材料混合不均勻和宏微觀復合不良的難題；開發的三維混料技術、低流動性粉末的雙層自動壓制技術和流線控制的動片加工等技術，保證了產品的綜合性能和高可靠性；他們還通過建立宏微觀摩擦磨損試驗方法，為相關產品生產驗收標準的制定，提供了技術支撐，構建起材料性能測試的新方法，確保了制品性能滿足實際應用的需求。

該項研究，取得中國民用航空局頒發的零部件制造人批準書5項，發表相關學術論文40余篇。并且，項目成果已成功在飛機和高鐵上實現產業化應用，不僅降低了航空公司及高鐵的維修成本，更保障了國家航空與高鐵的戰略安全。

該項目獲得2013年湖南省科技進步一等獎，姚萍屏教授排名第一。

助力中國風電事業向“大功率”邁進

除了空天等“高大上”領域，姚萍屏團隊的成果在更接地氣的民用領域如風能發電方面，同樣找到了施展的舞臺。

自2011年開始，中國風電產業步入穩健發展期，大容量風電機組主導了未來發展趨勢。而隨著風力發電機裝機容量的增大，其葉輪直徑和制動力矩也變得越來越大，這對風機制動系統的制動性能提出了新的要求。在風力發電中，制動系統是發電機一個重要的組成部分。其作用是在風機葉片朝向改變、風力機出現故障、電網故障或維護檢修要求停機時，改變葉片的迎風面或使風機停止轉動。

大功率風電機組由于“三高一特殊”的特點，即高速、高力矩與高壓力和需面對特殊風沙或腐蝕環境，這對其裝備中的摩擦副材料的結構強度等特性提出了相當苛刻的要求。普通的鐵銅基粉末冶金摩擦材料由于高速制動摩擦系數低等原因，不能滿足大功率風電機組的制動技術要求。

此前，大功率風電機組用摩擦材料必須依賴進口，制約了我國風電的發展。

為解決上述問題，姚萍屏再次率隊踏上了自主創新的“突圍之道”。通過設計新型高體積百分比非金屬組元摩擦材料，采用新型的成型與熱處理技術，解決了風電機組用摩擦材料在加工過程中的變形開裂與使用過程中的崩塊問題，最終成功研制出一種在“三高一特殊”條件下符合使用性能，具有自主知識產權的高性能風電用摩擦材料。

驗證表明，姚萍屏等人開發的新型風電閘片材料各項指標均達到了國際先進水平，獲得了廣大風電生產商的認可。目前這些新產品已在國內多家公司的風電制動器上獲得了應用。

要始終走在摩擦材料科學前沿，勇攀高峰

姚萍屏做研究，始終瞄準國家重大需求，堅持以解決實際問題為目標，以創新研究為驅動，并堅持走產學研結合之路。在實踐中，他和團隊探索了學校-企業協同創新及長效服務合作機制、“項目-團隊-人才”融合的創新模式。同時，他堅持技術創新與人才培養齊頭并進，大力提倡國際學術交流和合作，增強團隊國際化視野，培養了一支老中青結合結構合理的高能制動摩擦材料研究和產業化隊伍。

這些努力為他們團隊的科研水平始終走在摩擦材料科學前沿，以及新成果產出后的迅速產業化落地，打下了堅實的基礎，并獲得2016年中國產學研合作創新成果獎。