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《中国科学报》:包亦望：“简单”没那么简单

来源：《中国科学报》作者：赵广立 宣布时间：2015-05-29

如果不是他亲口所说，记者不会相信，坐在面前的这位中国建筑质料科学研究总院的首席科学家、因填补国际多项质料评价空白而获得国家科技进步奖二等奖的包亦望，最初的灵感竟来源于，自己曾是一名木匠。

“做木匠的经历对我而言很是重要，它培养了我的入手能力，这对我的科研有莫大资助。”包亦望对《中国科学报》记者说。

凌驾1500℃甚至2000℃的极端高温条件下，如何评价质料的可靠性？在无机非金属质料评价领域，类似的对证料刚度、强度等力学性能的评价，随处是这样大大的问号。然而，包亦望发明的一些看起来“很是简单”“一点就破”的要领，把这些问号酿成了一串惊叹号。

简单的背后，并没那么简单。

跟木匠“专业对口”

包亦望高中上了才一个学期，就被母亲撺掇着辍学：“卖田卖地不卖手艺”“手有千金不如一技傍身”，托人把他送到木匠师傅那里学木匠活。

其实母亲是被“下放”吓怕了，其时包亦望的哥哥和二姐都是“知识青年”，都被下放到很远的地方。

木匠学徒的日子清苦得很。包亦望每天一早起来要先砍一担柴，早饭只有一碗粥和一个红薯。白天帮活儿，晚上还要帮师傅带小孩。一天下来，满手都是血泡。

这样的日子，包亦望干了不到一年，就受不了了。“我过着这种苦日子，感受像回到了旧社会。”包亦望说，当学徒的第一年就是抡斧子拉锯子，干不满三年，师傅基础不会教授任何诀窍。

他开始琢磨着怎么自学成才。一次回家，包亦望在新华书店看到一本关于自学木工的书，他就买回家抱着“研究”了几个月。厥后，再出门接活儿就自称“师傅”。

就这样，包亦望当了两年木匠。由于没有组织，平时只能靠熟人推介点活干。幸运的是，其时有政策安排“留城待业青年”就业，包亦望听从安排，被分到县商业局，谋得了一份商店营业员的事情。

那时候包亦望十几岁，营业员的事情能让他“走后门”帮人买一些烟酒糖茶，暗自觉得这个事情还不错——直到听说同学考上大专的事情。刚开始他还不太相信：“大学不都是推荐的吗？”

1977年国家恢复了中断10年之久的高考，这燃起了包亦望的大学梦。“我也要考！”包亦望的想法很简单：营业员这个事情我可干不了一辈子。

高中没怎么上过的他，考上大学谈何容易。“要么不做，要么做好。”包亦望主动包办了商店里所有的夜班——这可乐坏了其他营业员。对包亦望来说，夜深人静的夜班正是学习的好时机。

1978年是第一年全国统考。商业局90多个考生，包亦望考了第一名。

结果归结果，报什么学校和专业呢？他的老师给他建议：你不是学过木匠吗？武汉建材工业学院（现武汉理工大学）是重点大学，跟你专业对口。

今后，一入建材行业就是几十年，包亦望笑着说：“这个‘专业对口’还真是对口了。”

回国干自己想干的事

包亦望刚进入大学第二个星期，新生里要建立“师资班”，所有新生都要加入师资班（突然招生规模变大，需要师资力量）考试。因为只考数理化，包亦望考得不错，其中物理考了99分。

原本，包亦望被分到非金属矿系。其时他对这个专业不甚了解：“我见过人家采矿，一个人拿钢钎，一个人拿锤子，打石头然后把炸药塞进去爆破�？忌洗笱Щ沟酶烧飧�？”

由于物理结果很好，力学系的领导员把他叫去，跟他说力学界有许多台甫人，牛顿、爱因斯坦都是有名的力学家，中国的“三钱”，也是力学泰斗。“我一听，就说‘我去我去’。”就这样，包亦望去了“力学师资班”。

不过包亦望厥后并没有如愿当上老师，而是在专业上一头钻了进去，先后考取了研究生和博士生，并于1995年在博士后研究申请到了德国的洪堡基金。

在德国的导师推荐了他一个赴美事情的时机。然而包亦望并不是很“买账”。“在外洋你许多时候就得听从，就算你有主意也得老板颔首同意。虽然赚得多，但我觉得纷歧定特别有生长，回国至少能干自己想干的事儿。”

带着这样的想法，他回到了读博时的中国建筑质料研究总院。也就是从那时起，包亦望逐渐完成了他从基础研究到应用研究的转型，转而探索一些质料检测的新技术和新要领，并开始在质料评价这个舞台上大放异彩。

“雕虫小技”解决世界难题

由于入手能力强，总能对问题的解决想出许多点子，各人都喊包亦望为“包管用”“点子王”。

1986年，美国“挑战者号”航天飞机在发射升空73秒后突然爆炸解体，机上7名宇航员全部罹难，全世界为之震惊。事故剖析显示，发射段的隔热瓦脱落及其随后撞击到机身重要部分、造成不可修复的损害而致机身解体是事故爆发的重要原因。

“外貌隔热瓦是一种无机非金属质料，可以耐热2000℃以上。它自己是焊接在金属外貌的。但它界面强度不敷，脱落后立刻因高温摩擦穿透而爆炸。”包亦望对记者解释说，界面强度（两个物体的外貌粘连面）的重要性不但体现于此，许多高空楼体外貌的瓷砖如果界面强度不敷，容易瓷砖脱落，高空坠落的结果不堪设想。

然而，那时国际上对界面强度的性能评价照旧个空白。脆性质料难以直接进行拉伸载荷试验，高温下测试更难。

一个博士生也来找他咨询这个世界性难题：怎么测陶瓷与金属焊接面的拉伸强度？如何接纳压向载荷在界面爆发均匀的拉伸应力和剪切应力？包亦望陷入了苦思冥想。一天，他突然想到，如果把一块陶瓷一块金属十字交叉焊接在一起，然后把下面的部分放在一个牢固槽里，上面的一块就跨在了槽两边，这样施加正向压力和立起来后施加推力，不就可以实现界面受拉、界面受剪（切）了吗？

实验证明，这种步伐简单可行。由于结构陶瓷许多情况下用于高温情况，高温界面强度的评价如果接纳耐高温陶瓷夹具，也可以实现高温界面强度的测试。从而一举攻克了高温情况下的测试难题。而“十字交叉法”也经ISO/TC 206精细陶瓷标准化委员会17个永久性成员国全票通过，立项为ISO标准（常温下和高温下各一），也一举填补了陶瓷质料常温和高温界面黏结强度的测试空白。

用一个很是“简单”的要领解决了大问题，有人跟包亦望开玩笑说，你这是用“雕虫小技”解决世界难题。

国际突围

包亦望的“点子”往往都是这样，只要他跟别人讲完了，听讲者大都如梦初醒：“哦，原来这么简单。”

他近期发明的一种标准要领亦是如此。更重要的是，在该要领的国际标准制定上，他们赢下了优势在握的其他国家。

陶瓷涂层难以从基体上有效剥离，因此难以直接、准确测试涂层的密度、强度、弹性模量（刚度）等宏观力学性能。然而知道涂层的这些指标很重要：它能反应涂层涂的耐久性。

包亦望这次来了个“围魏救赵”。“各人都知道怎么用阿基米德法测密度，我想到这个思路：在涂上涂层之前测一次密度，涂上涂层之后再测复合体的密度，通过建立这3个密度之间的解析关系式，就能算出来涂层的密度。”

“这个要领叫作‘相对法’。”包亦望告诉记者，相对法的焦点就是几个参数之间的解析关系式，只要有关系式，这个要领还可以推广用于丈量涂层的弹性模量、强度、膨胀系数等。

2013年ISO 组织向全世界征求陶瓷涂层测试技术时，包亦望提交了相对法的解决计划。然而，险些同样的要领，其他国家也在申请。

双方要“PK”。最终双方的提交案送到了ISO照料的手里，由他进行仲裁。

通过对原始资料的比照剖析，仲裁人发明中国送呈的原始质料先于其他国家（2007年包亦望等人在《Mater. Sci. & Eng.》刊文介绍过该要领），裁定原始立异出自中国。ISO随后也将此标准制定项目由中国主持，其他国家作为加入国加入。

除了原创性，中国的计划也更具有普适性，笼罩了从常温到高温种种力学指标的丈量，比简单“评价陶瓷热障涂层的弹性模量”适用规模更广。

填补更多空白

包亦望发明的相对法还可以解决许多已往国际上许多丈量“禁区”。其中一个很具代表性的，中国就是在超高温极端情况下的突破。

航天飞机、火箭喷火段周围温度达2000℃以上，而国际上质料性能丈量的极限是1500℃，再往上就属于“极端情况”。而随着航天航空行业的生长，极端情况的性能检测越来越紧迫。

要在如此高温下丈量，首先夹具、支撑物的质料就得耐高温。为了解决这个问题，包亦望又动起了脑筋。

他想到了相对法：夹具耐不得高温，那就给它冷却，只让丈量部分蒙受高温不就行了？

“局部高温同步加载法”应运而生。通过循环水冷系统，包亦望让夹具周围温度不凌驾800℃，而通过对样品预期断裂处局部快速加热，能抵达2500℃。这样，就能“不动声色”地完成对超高温极端情况下质料强度的测试。

然而，刚度评价就没这么简单了。测强度，传感器放在高温炉外部就可以了，可是测弹性模量要测变形，并且是微米级别的变形。

包亦望将相对法升级，提出“缺口环法”。他把样品加工成类似戒指的环，划分测有缺口的环和同等外形的刚体，两者在高温真空下丈量结果之差，就是它的弹性模量。

这是包亦望今年春节刚刚解决的难题，能够测到2200℃。“我们已经和ISO联系，开端草案和申请书已经交上去了。今年8月份去作陈述。”包亦望告诉记者，预计立项的可能性很大，因为1500℃~2500℃规模内弹性模量的丈量是个空白。

不但填补要领上的空白，包亦望也在填补仪器上的空白。“把仪器做出来，让各人都能用。”

目前，包亦望团队已经研制出国际上首台能够测试1500℃-2500℃极端情况下质料力学性能的装备。

5月1日，包亦望头上多了个名称：“全国劳动模范”。

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