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最美科研先锋 | 建材行业十大科技突破领军人物万德田:不忘初心 方得始终

来源:《中国建材杂志》社、国检集团  发布时间:2022-05-14

一种坚持和追求,一种专业和专注

是孜孜不倦,是一丝不苟,是精益求精

是3.8万名科研工程技术人的工匠精神

他们是中国建材的最美科研先锋

他们用热爱书写中国建材的科技创新故事

近日,中国建筑材料联合会评选出建材行业2021年度“十大科技突破领军人物”,中国建材总院所属国检集团万德田获此殊荣。为更好地树立科技创新典范,弘扬科技创新精神,《中国建材杂志》社记者走近中国建材总院,多角度报道了万德田背后的生动故事,小料带你去看全文。

去年初夏,记者有幸采访到了万德田博士,在他小小的办公室里我们畅谈了几个小时,从他的求学之路、人生经历谈到科研成果、未来展望,回社后查阅了许多相关材料,写成了《“好运博士”万德田》一文。对他了解得愈多,愈发觉得这是一位纯粹、朴实的科研工作者。

去年底,在中国建筑材料联合会六届理事会二次会议的现场,记者又一次在大屏幕上见到了他熟悉而亲切的面孔——万德田入选建材行业2021年度“十大科技突破领军人物”,作为曾经采访过他的记者既感到惊喜,又觉得他当之无愧。

说来也巧,提名上的照片又选用了他最常使用的那张,寸头,嘴角带着笑意,身着实验白大褂,领口露出紫色针织衫和干净但有些发旧的衬衣领,背景是满满当当的实验器材。这张有些年头的照片被反复使用在他过往的报道中,这位纯粹的科学家,似乎没有太多打造形象的时间。

小试牛刀 消灭“空中杀手”

2007年,从中国科学院金属研究所研究生毕业的万德田跟随导师包亦望进入了中国建筑材料科学研究总院有限公司(简称“中国建材总院”),就在进入中国建材总院后的第二年,万德田便开启了人生中第一个独立承担的项目《夹层玻璃老化后界面和抗风压残余强度评价技术》。这一时期,城市建筑中玻璃幕墙的“老年化”成为了20世纪的遗留问题,玻璃幕墙破碎下坠伤人事件频发。如何测试玻璃幕墙在台风等极端天气环境中出现脱落和坠落的风险,如何让玻璃幕墙不再成为“空中杀手”成为了万德田科研内容中的一项重要任务。

经过两年的刻苦钻研,他建立了夹胶玻璃抗风压失效风险的模型,提出了夹胶玻璃界面强度的测试方法,并在此基础上不断突破革新,经过十年的辛苦努力,2017年由他参与设计并完成的《建筑玻璃服役风险检测和可靠性评价关键技术与设备及应用》获得国家科技进步奖二等奖。

作为中国建材总院“新生”的万德田,在玻璃幕墙领域的“小试牛刀”便获得了巨大突破,这也为万德田在科研领域积累了宝贵的实操经验。

万德田(左)与导师包亦望

突破陶瓷涂层技术 解决国际难题

2008年,在导师包亦望的带领下,万德田开始了脆性材料在高温和超高温氧化环境下的材料力学性能测试评价技术研究。陶瓷涂层的研发与应用是当前先进材料结构功能一体化的重要前沿科学问题,其具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异特性,被广泛应用于航空航天、石油化工、机械电子等领域,是重大的国际需求。陶瓷涂层因缺少涂层物理性能和残余应力的测试方法及标准,难以为涂层材料的优选、涂层构件的耐久性和使用寿命评价等提供技术支撑,这也成为了陶瓷涂层技术发展的痛点、难点。

在这样的大背景下,《陶瓷涂层物理性能和残余应力评价关键技术及应用》技术研究正式立项,万德田成为了该项目的骨干成员,承担起了该项目中涂层性能测试技术整体研究规划及国际标准化等工作。

此时国内外还没有相关的项目和研究,可采纳的技术和资料甚至实验器材基本为零。如何设计陶瓷高温测试试验夹具,如何选择陶瓷应力门槛值和作用模式,成为了摆在项目团队面前最为急迫的两大难题。在这样的背景下,万德田作为项目骨干成员带领团队尝试了无数种方法对界面施加压力,通过不断测试,成功对样品施加压缩载荷转化为界面均匀拉伸应力和均匀剪切应力,设计出了试验夹具,为进一步的研究奠定了基础。

在项目攻坚阶段,万德田团队做了近百次抗疲劳试验,用时最多的一次实验耗时近500个小时,终于在世界范围内首次实现了从常温到1400℃陶瓷界面抗疲劳性能的测试。通过十多年的不懈努力和刻苦研究,完成了基于相对法理论的涂层测试技术、检测设备、标准化推广应用的系列研究。

《陶瓷涂层物理性能和残余应力评价关键技术及应用》代表性的创新成果包括:为解决服役构件的陶瓷涂层残余应力无法测试的国际难题,建立了同温涂层与异温涂层的残余应力评价方法,研制了世界上首台涂层残余应力测试仪,获美国专利US 10222343,制定国际标准ISO 23458;针对结构陶瓷常与其他材料粘接后使用的情况,建立了一种评价陶瓷粘结剂拉伸和剪切蠕变的标准试验方法,被制定为国际标准ISO CD 5722;解决了国内外陶瓷涂层在高温及超高温环境下弹性模量测试难题,提出了高温脉冲激励相对法测试涂层从常温到1500℃范围内的弹性模量,被制定为国际标准ISO 20343;发明了二次相对法解决极端环境变形精密测量难题,首次测出陶瓷涂层超高温(1500℃~2100℃)环境下弹性模量,被制定为国际标准ISO 21713;先后建立了陶瓷涂层的密度、膨胀系数和导热系数在基体、复合体和涂层三者之间的解析关系,受到了国内外专家的认可,其中涂层密度和热膨胀系数测试方法被分别制定为国际标准ISO 21714和ISO 23458;解决了涂层与基体界面结合强度准确测量的难题,提出十字交叉法压缩试验评价涂层界面的拉伸强度和剪切强度,开发了相应的实验装置,实现了陶瓷涂层与基体界面结合强度的准确测量,被制定为国际标准ISO 23114。

据了解,陶瓷涂层系列新技术属国内外首创,陶瓷粘结剂性能测试标准可用于确定陶瓷构件拼接接头的蠕变性能,对保证构件工作的安全性和可靠性具有重要意义,是当之无愧的科技突破项目。

“这个过程中让我印象最为深刻的是涂层弹性模量、热膨胀系数及残余应力等几个计算公式的推导,这花了我很大的力气,”万德田回忆,“这一时期,办公室就是我的战场。”

项目成果汇报书上那些短短的公式,凝结了万德田无数个日夜的心血,正是那一笔笔、一划划的反复验算,才有了这样的突破。在该项目中,万德田作为项目骨干成员与团队一起完成了陶瓷涂层高温及超高温弹性模量和强度评价技术与装置的研发,提出了改进十字交叉法评价陶瓷涂层界面结合强度,他是相关专利的主要完成人之一,国际及国家标准的主要编制人。万德田主持参与制定的国际标准、国家标准为试验设备和各检测中心实验操作提供了良好的指导,提高了陶瓷涂层产品的质量检测和试验规范化。此外,万德田还将测试方法转化为国际及国家标准,再将标准转化为测试设备,将检测设备用于方法的提升完善,完成了”方法—标准—检测方法”的闭环,在提升产品品质的同时可带来显著的经济效益。

截至目前,该项目获授权发明专利6项,其中美国专利1项,制定国际标准5项、国家标准3项。成果填补了国内外陶瓷涂层热物理性能无技术、无设备、无标准的空白,提高了我国自主创新能力,推动了涂层测试评价学科发展与技术进步,获2020年度建筑材料科学技术奖技术发明类一等奖。

科研面向市场 充分转化成果

在万德田看来,应用科学的发展是我国当前社会形态下最为迫切的需求,要将科研人员十几年的心血转化为真正改变人类社会生活的东西,要让材料真正服务人类美好生活,高效可行的成果转化手段无疑是科研的最后一道关卡,他也一直在结合市场做科研。

《陶瓷涂层物理性能和残余应力评价关键技术及应用》的技术成果在团队的不懈努力、不断推广应用中获得了极佳的效益。

目前,成果已在中国国检测试控股集团股份有限公司(简称“国检集团”)、中航复材、中科院金属研究所等几十家单位得到了应用,成果同时被延伸应用到评价超薄玻璃和混凝土表面腐蚀层的弹性模量和强度评价等领域,整体技术应用超过两年。经济效益明显,社会效益巨大,解决了陶瓷涂层热物理性能评价技术的国际性难题,推动了涂层性能测试评价学科发展,并将创新技术转化为国际标准向全世界推广应用,极大地提升了我国在陶瓷涂层性能测试领域的话语权。

同时,相关技术标准化的应用推广给全国范围内乃至全世界的检测机构、教学科研单位和生产企业提供了一种统一的测试方法,使得各检测单位提供的数据具有较高的可靠性和可比性,提高了检测质量和检测效率。通过系列新技术的应用,对提高构件的质量,保障安全具有重要意义,达到了节省资源、节省时间、提高测试效率的效果。中国建筑材料联合会鉴定意见表明:该成果已应用在航空航天、建筑陶瓷等领域,经济效益与社会效益显著;成果创新性突出,填补了国内外空白,整体技术达到国际领先水平。万德田也凭借昔日的耕耘成功入选了建材行业2021年度十大科技突破领军人物。

不忘初心 方得始终

除了日复一日的钻研试验,万德田还积极参与了国内外标准组织的各项活动,通过对国检集团标准化工作的深入推进,使得集团公司标准化工作硕果累累。

此外,他还作为中国硅酸盐学会测试技术分会秘书长,为全国工程测试技术人员提供了一个交流合作平台,以促进我国相关产品的市场发展,将我国的标准化运作同国际组织的标准化研究逐步衔接起来,为我国涂层材料的优选、构件的耐久性和使用寿命评价等提供信息和参考,消除贸易上的技术障碍,有效地促进信息交流和共享。

正如去年采访时他对记者说的:“我是从农村出来的孩子,我对未来有着最质朴的向往,那就是希望生活能变得更好。科学也应该让人类的生活更美好。”

如今的万德田身兼数职,意气风发,业内业外的鲜花和赞誉也在不断地向他而去。但我们依然能从他身上清晰看到当年那个身着白大褂、眼神纯粹又充满希望的青年科学家。

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