在我國陶瓷制作工藝中，軟軟的陶泥在高溫燒制之后，就會變成硬度較高的精美陶瓷；在日常生活中，如果用塑料勺炒菜，遇到高溫塑料會慢慢變軟。這可能是我們對溫度會影響材料力學(xué)性征最樸素的認知，但是什么類型的材料在什么溫度和強度下，會發(fā)生怎么樣的變化我們似乎還一知半解。

在重慶大學(xué)航天航空學(xué)院教授李衛(wèi)國眼里，這些材料力學(xué)行為隨溫度的演化都可以用理論模型進行預(yù)測。他的最新研究成果是，在明確溫度這一單一變量的狀況之下，就可以預(yù)測出相關(guān)材料的力學(xué)行為和強度性能，其成果被國內(nèi)外學(xué)者認為是該領(lǐng)域的重大突破，為進一步促進我國航空航天、能源及核工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展作出了貢獻。

創(chuàng)造性提出無擬合參數(shù)的“溫度相關(guān)性理論模型”

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，拓展服役條件的需求愈發(fā)強烈，材料在超常條件下的性能成為研究的熱點和難點。拿航空航天領(lǐng)域來講，飛行器在高速運行時溫度可達3000攝氏度以上，那么在這樣的高溫條件下，什么樣的材料才能滿足這么苛刻的使役需求，以及其力學(xué)行為會發(fā)生怎樣的變化？這些問題都一直困擾著科研工作者，也制約著我國相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

李衛(wèi)國自2005年在清華大學(xué)做博士后研究工作起，便開始從事超高溫極端條件下固體力學(xué)行為與強度理論的研究。“那時候，我國還沒有建立起材料性能和相關(guān)溫度之間的定量關(guān)系，要測試一個材料在什么溫度下會發(fā)生斷裂或者變形，只能靠實驗。”李衛(wèi)國說，實驗不僅耗時耗力，最為關(guān)鍵的是成本太高。之后，建立基于物理機理的高溫強度理論預(yù)測模型成了李衛(wèi)國最大的課題。

為了攻克這一難題，李衛(wèi)國搜集整理了各類實驗數(shù)據(jù)，夜以繼日地對數(shù)據(jù)進行歸類分析。經(jīng)過不懈努力，創(chuàng)造性地提出了材料性能溫度相關(guān)性建模思想，突破了溫度對現(xiàn)有強度理論模型的禁錮，并首次針對超高溫陶瓷材料建立了不包含任何擬合參數(shù)的溫度相關(guān)性斷裂強度理論表征模型。

無擬合參數(shù)意味著什么？諾貝爾物理學(xué)獎獲得者列夫·達維多維奇·朗道說過：“一個模型的價值隨它包含的擬合參數(shù)的數(shù)目成指數(shù)級下降”。李衛(wèi)國教授提出的模型，不需要任何擬合參數(shù)，突破了原有高溫理論模型對于擬合參數(shù)的需求，大大降低了研究高溫力學(xué)行為的實驗難度，同時提高了實驗結(jié)果的準確度。

自主研發(fā)測試儀器打破歐美技術(shù)壟斷

說起全世界的航天事業(yè)，總是不能忽略偉大而悲愴的哥倫比亞號航天飛機。1981年首次發(fā)射，揭開了世界航天史上新的一頁。2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在經(jīng)過大氣層時產(chǎn)生了高達1400攝氏度的熱空氣，致使機翼出現(xiàn)裂隙，超高溫氣體進入機體，最終在空中爆炸解體，7名宇航員全部遇難。而哥倫比亞號航天飛機使用的熱防護材料正是由陶瓷材料構(gòu)成的。

近年來我國對飛行器熱防護材料強度的研究從未間斷過，但仍然存在很多亟待解決的難題。“特別是歐美等國家的技術(shù)壟斷，讓我們更加迫切希望在這一領(lǐng)域擁有屬于自己的技術(shù)。”為此，李衛(wèi)國開始了漫漫“取經(jīng)路”。

在諸如航空航天、能源勘測等領(lǐng)域，材料所經(jīng)受的超長環(huán)境是復(fù)雜多變的，可能是高溫狀態(tài)，也可能是極寒溫度，可能氧氣富足，也可能氧氣稀薄。鑒于此，在之前提出的“溫度相關(guān)性強度模型”的基礎(chǔ)上，李衛(wèi)國研制了一種測試儀器，通過建立三個不同的環(huán)境模塊，讓試件在不同的環(huán)境模塊間切換，以此來模擬復(fù)雜熱沖環(huán)境對材料的影響。

現(xiàn)在，在李衛(wèi)國團隊的努力下，測試版儀器已經(jīng)完成。“接下來，我們將通過實驗對設(shè)備進行完善改進，希望研制出能夠測試各種復(fù)雜環(huán)境的儀器，助力我國航天事業(yè)的發(fā)展。”李衛(wèi)國表示，這一設(shè)備的研制，將會廣泛應(yīng)用于對熱障材料、環(huán)境障涂層的性能檢測，相當于為高溫材料應(yīng)用又增加了一道保障。“真金不怕火煉”，經(jīng)過這樣高標準的測試檢測能保持原有性能的高溫材料，才能經(jīng)得住現(xiàn)實復(fù)雜沖擊環(huán)境的考驗，為國家航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域提供安全保障。