解读凝固的秘密

编者按：

对于一个国家而言，科技是软实力。国家重点实验室是一个行业科研水平最高标准的体现，也是一个国家科研水平最高标准的体现。我国重点实验室在科学前沿探索和解决国家重大需求方面发挥了非常重要的作用，从本期开始，我们会对部分重点实验室进行介绍，让读者走近科学大师，感触科技前沿，提高科学文化素质。

你有没有想过，我们周围的环境是如何由微小的粒子组合而成的？就像地球的奥秘深藏在地下，材料的神奇力量也隐藏在其微观结构之中。假如有一天出现了比钢铁更坚固，同时又轻如羽毛的材料，世界会不会因此而改变呢？

的确，一切都将成为可能。

凝固与材料学是材料科学与工程领域中的一个重要分支。在人们的认知中，凝固就是液体变成固体的过程，就像水冻结成冰，没有人会过多地在意。但在科研过程中，凝固现象却大有可为，它不仅是一个简单的物理变化，还是一门深奥的科学，涉及材料的性质、结构和功能。比如金属铸造、3D打印、焊接、晶体生长等工业制造和生产过程中普遍发生的现象都属于凝固过程。科学家通过控制凝固过程，能创造出比钢铁还坚硬的材料，而这些新型材料将被用于制造飞机、汽车，甚至宇宙飞船。在这其中，优化材料微观结构正是提升材料性能的关键。

在我国，对凝固材料技术的研究可以追溯到20世纪50年代末期。1957年，周尧和被分配到西北工业大学，领导组建铸造专业。靠着满腔热忱，他和同事经过5年努力，在西北工业大学建起当时国内最先进的铸造实验室，西北工业大学铸造专业也因此成为该领域的佼佼者。

20世纪80年代，周尧和主持了国家重点攻关项目“大型铸件凝固组织控制”，采用计算机模拟和物理模拟相结合的方法，在优化浇注系统和外冷铁设计方面取得重要进展。他的宏观偏析形成机理与控制研究被鉴定委员会认定是国际先进水平，成功解决了葛洲坝大型水轮机叶片铸造成形及30万千瓦发电机组高压外缸铸件的凝固质量问题，克服了因补焊而产生的叶片气蚀现象，叶片寿命由此提高20%。该成果获得1986年辽宁省科技进步一等奖。

周尧和长期致力于金属凝固理论和铸造工艺技术研究，提出了估算保温冒口效率的新方法，他研制的新型保温材料不仅震撼了国际学界，还迅速在全国推广应用，产生了巨大的经济和社会效益。

1991年，周尧和获中国机械工程学会授予的科技成就奖，成为该学会成立55年来有重大贡献的10位科学家之一。同年，他又获得航空金奖，成为获此殊荣的10位专家之一。

1995年10月，在西北工业大学原铸造专业国家重点学科的基础上，凝固技术国家重点实验室正式通过国家验收并对外开放，是材料科学与工程国家A类一级重点学科支撑的国家重点实验室。该实验室的科研方向有三个：现代凝固理论、材料精确成形、航空航天先进材料。在实验室，科研人员不断探索着材料从液态到固态的奇妙转变，更是实现了凝固技术从基础研究到实际应用的飞跃。

成立数十年来，凝固技术国家重点实验室的每一次实验都可能带来突破。如自主开发耐热温度在1 000℃以上的钛铝基金属间化合物、软接触电磁成形定向凝固发动机叶片的制备技术，它们使我国的航空航天发动机材料和成形技术水平跃上一个新的台阶。

凝固技术国家重点实验室不仅在科学研究上取得丰硕成果，还积极推动国际合作与交流。该实验室设立了开放课题，鼓励全球的科学家参与凝固技术的研究。这种开放的态度让实验室成为全球凝固技术研究的中心。

2021年，凝固技术国家重点实验室又重点支持现代凝固理论、材料精确成形和先进材料设计制备等领域的研究。这些项目不仅关注凝固科学前沿问题，还涵盖了晶体生长的物理现象及其微观机制，以及工业与科学技术领域的凝固问题和研究方法。

凝固技术的进步，不仅推动了材料科学的发展，还给大众的日常生活带来了许多实际的好处，从提高安全性、增加舒适性到促进环境保护，凝固技术的影响无处不在。

随着科技的不断进步，科学家正一步步揭开材料的奥秘，凝固技术将继续为人类的生活带来更多的惊喜和便利。