铸就炼钨“无形锅”

　　在距离地面约400公里的中国空间站里，有一台名为“无容器材料实验柜”的特殊装置。铌合金、锆合金、钨合金等一系列需要在极端条件下熔炼的高温金属材料，都曾在这台“炼丹炉”里经受高温考验。

　　然而，开展空间实验成本极高且机会有限，因此先在地面预演失重与悬浮实验，再将材料样品送往空间站，成了最经济可行的实验路径。为此，中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波带领团队打造了一套模拟太空环境的科学实验系统。团队利用这套系统解决了高性能难熔合金加工提纯的世界级难题，攻克了高温金属材料的深过冷技术，为航空航天、能源、国防等领域的工业生产提供了应用价值。

　　7月8日，在国家科学技术奖励大会上，魏炳波团队的研究成果“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”获得2025年度国家技术发明奖一等奖。

　　钨是自然界中熔点最高的金属，在高达3422℃的高温环境下，钨才能被炼成钨水。

　　用激光束熔化钨容易，难的是找不到能盛放它的坩埚。魏炳波比喻说：“如果把钨比作我们要炒熟的饭，那炒这碗饭的难点就在于找不到合适的‘锅’——还没等饭炒熟，锅就先熔化了。”

　　于是科学家们开始探索如何用无形的“锅”做“饭”。在太空中，没有重力影响的材料样品可以悬浮在空中，因此在这样的极端条件下，不用容器就能炼钨。

　　魏炳波介绍，团队研制的科学实验系统，可通过静电悬浮、电磁悬浮、超声悬浮、气动悬浮四种方式，让实验样品在地球也能浮在空中。其中，实现静电悬浮的难度最大。魏炳波说，其原理并不复杂，“真正的挑战在于稳定控制，如果只把纵向的重力抵消掉，样品还是会横向飞走”。

　　为此，魏炳波和团队花了20年时间，才找到横向与纵向电场的最优组合，实现了既有悬浮力又有约束力的稳定控制。

　　“虽然静电悬浮的概念由外国科学家率先提出，但现在我们已经在技术上实现了超越和领先——可处理的材料样品直径达15毫米，远超国外普遍可做的6毫米。”魏炳波自豪地说。

　　无形的“锅”虽然造好了，但真正能产生价值的，还是用它做出国家需要的“饭”。

　　“我国钢铁产量连续30年稳居世界第一，但生产常规条件下难以制备的特种金属材料，仍是我们的短板。”魏炳波直言。

　　利用自主研制的科学实验系统，魏炳波团队正在开展高温金属材料无容器深过冷与快速凝固研究。

　　魏炳波以水为例解释，过冷态的水结冰极快，正常状态下的水在冰箱冷冻几个小时才能结冰，而过冷态的水只需不到一秒就可结冰。“把水换成钨，这个原理同样适用。过冷态的钨水快速结晶时，晶体的生长速度可达每秒40多米。这意味着原来需要十几天才能制备一个数十吨的大型钨合金部件，未来用我们的技术可能一秒钟就能完成。”魏炳波说。

　　从科学实验装备到材料调制技术，魏炳波已经在这条创新路上走了30年。谈及坚持的动力，他想起了自己在德国宇航院空间模拟研究所工作的日子。彼时他的收入是在国内的数倍，但每次讨论空间实验时，他作为外籍学者都被要求离场。

　　“发自内心的民族尊严让我下定决心回国，我们一定要创造一套中国人自己的科学实验系统，把核心技术掌握在自己手中。”魏炳波说。

　　随着中国空间站在轨稳定运行，空间材料的科研成果也日渐丰硕。“我们造了这口无形的‘锅’，又做出了这碗‘饭’，不是为了关起门来自己享用，而是要让它在国民经济主战场上发挥作用。”魏炳波充满信心地说，目前团队已经积极开展规划，力争在5到10年内实现成果转化，将这套科学实验系统变为具有工业生产价值的原创性装备，生产更多可应用的高价值材料。