立地顶天!他和团队二十年在超精密加工领域诠释科技自立自强!

来源:浙江工业大学发布时间:2021-12-01
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11月3日,浙江工业大学机械学院袁巨龙教授站在人民大会堂领奖台,捧回国家科技进步二等奖。袁教授说:“这将是一个新的开端。”



走在时代前列
“在锅里炒豆子,怎么能干出精密的钢球!”

2007年4月11日,火箭升空、帆板展开、对地定向、时间校准、轨道注入,一系列动作完成后,海洋一号B卫星于4月12日达到正常运行状态。这颗远在万里之外的卫星上就装载了袁巨龙教授团队为水色仪研制的轴承,如今小小的它已在轨稳定服役十几年。

十几年来,袁巨龙教授团队不断攻克陀螺仪轴承、火箭燃料涡轮泵轴承、航天员生命保障系统的耐强酸碱自润滑全陶瓷轴承等系列高性能轴承超精密加工难题,系列产品在我国航天领域占有率达90%以上,实现了航天轴承的自主保障。

▲ 高性能滚动轴承核心元件


▲ 合作单位研发的各类航天轴承

取得如此成果,袁巨龙教授说:“这一切源于偶然,关键在于打破原有思维把一切不可能都变成可能,过程中努力地把每一个细节都做完美,最后达到完美的结果也是必然的。” 

1997年,有人问袁巨龙:“你知道轴承里的钢球是怎么加工出来的吗?”当时他就被这个问题难倒了。袁巨龙回去翻遍教科书,并没有找到轴承钢球的加工方法。他立刻前往钢球厂实地调研加工设备与工艺,一看“发现它们的工艺非常‘土’,发现问题意味着急需创新。”

“精密钢球要表现出高性能,就必须让球面上每个点的状态、尺寸、形状都非常完美,”袁巨龙比划着球体的整个轮廓,“但传统方法就像在锅里炒豆子,不可能让每一粒豆子受热均匀,炒得一样熟一样透。用这样的方法不可能做出高一致性的精密钢球。”

随着我国对于高性能滚动轴承的要求越来越高,高精度、高可靠性、长寿命的高性能滚动轴承成为高端装备性能和寿命的核心基础件。例如海洋一号A卫星,在高低温交变、频繁启停等极端工作条件下,水色仪轴承的失效造成过卫星服役仅14天就报废的严重后果。

“‘炒豆子’的方法已经行不通了。”抛弃“炒豆子”,创新成形加工原理与技术。经过近六年的思考与准备,对成形原理的突破后,袁巨龙于2004年提出一种全新的制球方法。一路走来,荣获国家自然科学基金、国家基金重点项目、中国机械工业科学技术一等奖、浙江省科技进步一等奖,院士专家们纷纷点赞这项技术“是国际首创,达到国际领先水平”。


不为人知的创业心酸路——每一步都坚持
“机会和能力都是靠自己创造的,我在科研路上不断上坡。”

回想起1998年刚入职浙工大,“当时的条件比现在差得多,经费和现在也不是一个等级。可我们还是通过细心的观察和动手实践,实现了很多想法。”当时袁巨龙住在高教新村,每天要么骑自行车,要么坐班车上下班,“整天拎个包来回跑,包里塞着电脑和满满的资料。”袁巨龙至今仍记得自己在一年里拎坏了四只包。

“机会和能力都是靠自己创造的,我努力在科研路上不断上坡。”创业之初,学校相关领域没有任何研究基础,袁巨龙带着学生一路披荆斩棘,到职教学院、白洋饭店、假山校区、江干区等地到处打‘游击’,条件不完善但科研从未停止脚步。

2004年,学校有意孵化这个项目,下拨了经费,并安排了子良楼B区三楼一个50个平方的实验室,为袁巨龙的研究创造了稳定的环境。之后,他通过申请到博士点、省重点实验室、教育部重点实验室,一步步走过来,终于获得了由科技部挂牌成立的国家级超精密加工装备国际联合研究中心。

“思想上早就做好了准备,但是起步比想象要难得多,需要‘自我造血’。”袁巨龙感慨万分,他说:“机会和能力都是靠自己创造的。”从没有条件到创造条件,袁巨龙依靠他的坚持,依靠团队合力,扎根工大这片创新创业的沃土, “从哈工大到浙大,再到工大,创业之路的辛酸反而促成了我对科研和教育的信心和热爱一路高涨。”

▲ 团队照片

最后一个点的突破源于扎实的功夫
“得益于本硕博时期练就的扎实功夫,把思考变成习惯。”

如何突破科研的最后一个点?这是不少科研工作者的困惑。

“哈工大的校训是‘规格严格,功夫到家’,我的科研底子得益于哈工大本硕博时期严以律己练就的扎实功夫,养成了凡事动动脑、练练手的习惯。”从一个思想到机床设计再到工艺、检测,直到设备制造,可以说袁巨龙教授什么都敢干,什么都能干。

“十年本硕博,我在哈工大机械制造领域的王牌专业,师承国家超精密加工专业委员会主席机械制造的元老袁哲俊先生,接受了从大学到博士,然后到浙江大学从事博士后研究一整套系统严格的学习和训练,从机床设计到加工工艺到检测再到设备制造我在读书期间都干过。之后到日本做博士后国际合作研究,师承时任日本超精密加工的主席小林昭先生,可以说中日双方最顶级的精密加工知识都学了。”日本留学期间,他每天早晨9点进实验室,一直忙到第二天凌晨3点。就这样,袁巨龙坚持了三个月圆满完成了原定计划一年半的任务,完美地实现了晶体基片的原子级精度加工。“搞科研要重视每一小步的积累,从开始到结束都要全力以赴。”袁巨龙读书期间成绩优异,基础知识相当牢固,他说:“当很多理念性知识已经形成自然反射,后续深入系统科研就水到渠成了。”

“本科是基础,只有打好基础才有建成高楼大厦的保障;硕士阶段应培养创新的能力,提高深入思考问题本质的水平;博士阶段应锻炼独立解决实际工程问题的能力,并确定研究方向,选定方向之后就要全力以赴,”对每一位新同学语重心长道,袁巨龙教授经常鼓励学生不仅要重视书本课堂知识,也要到工厂和企业去涨见识。


从0到1,解决卡脖子问题
“再定一个目标:到70岁以前再拿个国家科学技术奖”

“前往人民大会堂领奖,您激动吗?”记者问。

“上人民大会堂谁不激动啊,激动过后还是要向前看。”袁巨龙答。

从2004年到现在,袁巨龙教授不停地做轴承球,也不停地给自己布置应用题。“不仅是轴承球,轴承圆柱滚子、套圈滚道也越做越精密,越做效果也好。”由宋玉泉院士为主任、谭建荣院士、中国机床工业协会于成廷理事长、中国轴承工业协会张乔凡理事长为副主任组成的专家鉴定委员会在科研成果鉴定意见中这样写到:研制的轴承球加工装备为国内外首创,项目的研究成果和产品性能达到国际领先水平。

“航天轴承几乎每一个都是量身定制,无法做到产业化,”袁巨龙教授感叹道:“以前每发射一个航天器就要万里挑一个轴承,现在发射航天器频率越来越高了,这样下去代价过大、成本过高。所以我们必须追求更高效的、一致性高的轴承加工技术。” 如今,袁巨龙教授在新理论的支持下,把轴承的制造成本降下来、可靠性升上去,已经实现了航天轴承的自主、稳定供应。

替代进口的高端轴承并让中国自主研发的轴承“走出去”。这是袁巨龙教授团队在做的事情。目前,由团队研发的精密轴承在国内市场占有率达到60%,国际市场占有率达到8%。不仅改变了以往单纯靠进口的状况,而且反过来向世界各地出口高端的产品,在国际精密轴承上占据一席之地。

到人民大会堂领奖,袁巨龙教授感受最深的就是身为科研人员要注重原创。“李克强总理在会上说,科研人员要保持十年磨一剑的定力和耐心,创造英国威廉希尔公司从0到1的原创成果。尤其是卡脖子问题,要有自己的东西。人家不会告诉你走什么路子,也不会让你学,我们只能自力更生。”

“科技人员创新很重要,想法有了,就需要持之以恒去做,才有可能得到所期望的结果。”接下来,袁巨龙教授的目标是对接国家战略需求,“超精密加工技术已列入浙江省十四五发展规划,高端装备的高性能零部件都离不开超精密加工,高性能轴承加工只是我做的一个应用题而已。”

袁巨龙对未来充满信心,他表示:“团队下一个项目,将研发第三代半导体基片的高效超精密抛光装备,我和我的团队将全力以赴攻克这一困扰全球的‘卡脖子’难题。”