姚萍屏：不舍攀登，挺进“粉末冶金摩擦学材料”创新高地

◎ 文/王 鹏

姚萍屏，中南大学粉末冶金研究院教授，博士生导师，湖南博云新材料股份有限公司副总裁,目前兼任湖南省摩擦学会理事长、中国机械工程学会摩擦学分会常务理事、中国机械工程学会摩擦耐磨减摩材料与技术专业委员会主任委员、中国机械工程学会粉末冶金分会理事、湖南省机械工程学会常务理事、《润滑与密封》期刊杂志编委等学术职务,长期从事高性能粉末冶金摩擦、耐磨、减摩材料等新材料方面的研究工作，先后主持和承担了国家“863计划”、铁道部重大技术引进与吸收项目、中国民航总局航空制动材料项目和国防军工攻关项目等30余项课题的科研任务。

时至今日，姚萍屏教授已与材料科学打了20多年交道。在科技创新的道路上，他不舍攀登，执着前行，不断挺进“粉末冶金摩擦学材料”的创新高地。特别是近年来,他带领中南大学粉末冶金研究院的粉末冶金摩擦学材料团队，紧盯国家重大技术需求，刻苦攻关，数次打破国外关键技术封锁，并成功实现新技术的产业化落地应用，创造了可观的经济社会效益。

如今，在神秘遥远的空天、飞速穿行的高铁上，都“传唱”着他和团队创新的故事。

唱响中国航天自主创新之歌

2016年10月19日凌晨3时，神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。许多人通过电视画面，见证了这一激动人心的时刻。

“交会对接”之所以受到格外关注，一方面因为它是执行航天任务的关键一环，另一方面还因为它是一项非常复杂的工作。

空间交会对接技术是指两个或多个航天器在太空轨道上合并连成一个整体的技术，是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的太空装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。对接过程中存在减速、碰撞对接及对接失败时迅速脱离等三种工作状态，为了降低接触力和保护对接机构，就需要用到减震及制动装置，也就需要用到摩擦副，因此，摩擦副性能的稳定性，直接关系到航天器空间对接的成败。

长期以来，国外一直对该技术采取保密策略。在此背景下，姚萍屏率队携手中国航天八院，开展了空间对接机构用摩擦副材料的研制。

通过大量实验与对比，他们从基体、合金化元素、摩擦润滑组元在空间环境下的协同作用机理出发，研制了一种新型空间对接专用粉末冶金摩擦副，并通过环境模拟实验，分别研究了空间原子氧腐蚀和空间辐照对摩擦副摩擦磨损特性的影响机理，以及高真空状态、高低温交变状态及微重力混合状态下全功能摩擦副耦合摩擦磨损机理及空间摩擦副失效预防机制。在这些技术突破的基础上，最终研制出性能更优异的摩擦副，已在天宫一号和神舟八号、九号、十号飞船以及天宫二号和十一号载人飞船、天舟货运飞船的多次交会对接不辱使命，并将在后续的中国空间站建设中再次建功立业。

空间用全功能摩擦副打破了国外对我国航天的技术封锁，为我国航天事业发展做出了贡献。

打破国外高能制动材料技术封锁

制动装置是高铁和飞机等高速运载工具的重要安全件，受到普遍重视。制动装置中使用的摩擦材料则直接关系到它的性能，因而对高铁和飞机的安全运营至关重要。

粉末冶金材料被认为是很有潜力的高能制动材料，但由于以铁为基体的粉末冶金摩擦材料，使用寿命短，且在高能制动条件下，易出现与配对钢件的熔焊现象，为了保障高铁和飞机的安全行驶，急切需要开发新型耐高温耐磨损粉末冶金摩擦材料。应对这一技术需求，美、日、德等国均开展了高和飞机用新型粉末冶金摩擦材料的研制，并获得应用。但对国内，国外配套厂商均实施技术封锁，使得国内相当长时间内粉末冶金航空刹车副和高铁闸片全部需要依赖进口，价格昂贵，直接提高了航空公司及高铁的运营成本。因此，研究我国具有自主知识产权的新型高能制动粉末冶金摩擦材料，成为当务之急。

响应国家对新技术战略需求的号召，姚萍屏教授率领自己的科研团队联合湖南博云新材料股份有限公司，开展了一系列创新性研究。

他们通过制备一种新型的铜基体及应对高温和抗熔焊的高体积分数非金属组元的新型粉末冶金摩擦材料，实现了高能制动条件下材料的高耐磨性；通过发明的双粘结剂技术、梯度升温和梯度加压组合的加压烧结技术，解决了高含量非金属组元粉末冶金摩擦材料混合不均匀和宏微观复合不良的难题；开发的三维混料技术、低流动性粉末的双层自动压制技术和流线控制的动片加工等技术，保证了产品的综合性能和高可靠性；他们还通过建立宏微观摩擦磨损试验方法，为相关产品生产验收标准的制定，提供了技术支撑，构建起材料性能测试的新方法，确保了制品性能满足实际应用的需求。

该项研究，取得中国民用航空局颁发的零部件制造人批准书5项，发表相关学术论文40余篇。并且，项目成果已成功在飞机和高铁上实现产业化应用，不仅降低了航空公司及高铁的维修成本，更保障了国家航空与高铁的战略安全。

该项目获得2013年湖南省科技进步一等奖，姚萍屏教授排名第一。

助力中国风电事业向“大功率”迈进

除了空天等“高大上”领域，姚萍屏团队的成果在更接地气的民用领域如风能发电方面，同样找到了施展的舞台。

自2011年开始，中国风电产业步入稳健发展期，大容量风电机组主导了未来发展趋势。而随着风力发电机装机容量的增大，其叶轮直径和制动力矩也变得越来越大，这对风机制动系统的制动性能提出了新的要求。在风力发电中，制动系统是发电机一个重要的组成部分。其作用是在风机叶片朝向改变、风力机出现故障、电网故障或维护检修要求停机时，改变叶片的迎风面或使风机停止转动。

大功率风电机组由于“三高一特殊”的特点，即高速、高力矩与高压力和需面对特殊风沙或腐蚀环境，这对其装备中的摩擦副材料的结构强度等特性提出了相当苛刻的要求。普通的铁铜基粉末冶金摩擦材料由于高速制动摩擦系数低等原因，不能满足大功率风电机组的制动技术要求。

此前，大功率风电机组用摩擦材料必须依赖进口，制约了我国风电的发展。

为解决上述问题，姚萍屏再次率队踏上了自主创新的“突围之道”。通过设计新型高体积百分比非金属组元摩擦材料，采用新型的成型与热处理技术，解决了风电机组用摩擦材料在加工过程中的变形开裂与使用过程中的崩块问题，最终成功研制出一种在“三高一特殊”条件下符合使用性能，具有自主知识产权的高性能风电用摩擦材料。

验证表明，姚萍屏等人开发的新型风电闸片材料各项指标均达到了国际先进水平，获得了广大风电生产商的认可。目前这些新产品已在国内多家公司的风电制动器上获得了应用。

要始终走在摩擦材料科学前沿，勇攀高峰

姚萍屏做研究，始终瞄准国家重大需求，坚持以解决实际问题为目标，以创新研究为驱动，并坚持走产学研结合之路。在实践中，他和团队探索了学校-企业协同创新及长效服务合作机制、“项目-团队-人才”融合的创新模式。同时，他坚持技术创新与人才培养齐头并进，大力提倡国际学术交流和合作，增强团队国际化视野，培养了一支老中青结合结构合理的高能制动摩擦材料研究和产业化队伍。

这些努力为他们团队的科研水平始终走在摩擦材料科学前沿，以及新成果产出后的迅速产业化落地，打下了坚实的基础，并获得2016年中国产学研合作创新成果奖。