魏炳波

魏炳波 材料科學專家。西北工業大學教授。1964年4月12日出生於山東省惠民縣，籍貫山東惠民。1983年畢業於山東工學院鑄造專業，1986年在南京工學院材料系獲碩士學位，1989年在西北工業大學材料系獲博士學位。現任西北工業大學副校長。2011年當選為中國科學院院士。主要從事金屬材料凝固科學與技術和空間材料科學研究。方面的研究。

魏炳波
原圖鏈接來自中國科學院學部網 魏炳波
出生	(1964-04-12) 1964年4月12日
國籍	中國
籍貫	山東惠民
民族	漢
母校	山東工學院鑄造專業
職業	材料科學專家
研究領域	金屬材料凝固科學與技術和空間材料科學研究

目錄

教育背景

1. 1983年，畢業於山東工學院機械系鑄造專業
2. 1986年，在南京工學院材料系獲碩士學位
3. 1989年，在西北工業大學材料系獲博士學位

工作經歷

• 曾任西北工業大學理學院院長、校長助理。
• 兼任教育部科技委材料學部副主任，教育部物理學專業教學指導委員會副主任委員，中國材料研究學會理事長。
• 2007年10月任西北工業大學黨委常委、副校長。
• 2013年5月兼任研究生院院長。

研究方向

主要從事金屬材料凝固科學與技術和空間材料科學研究。研製了以電磁懸浮、超聲懸浮、靜電懸浮、熔體浸浮和自由落體為特徵的金屬材料超常凝固實驗系統。研究了深過冷合金熔體中枝晶和共晶快速生長的動力學機制；揭示了微重力和深過冷條件對快速凝固過程的耦合作用；發展了快速偏晶和包晶凝固的組織演變理論；探索了深過冷合金熔體的熱物理性質變化規律。

液態金屬的凝固是一個複雜的液固相變過程。現代凝固理論體系主要描述的是小過冷或中等過冷條件下的凝固過程。近二十年來，超常條件下凝固過程研究迅速興起，發現了一系列常規凝固過程中不可能出現的與深過冷條件密切相關的新現象和新規律，給現代凝固理論體系帶來了嚴峻的挑戰，也孕育着新的理論突破。在國家自然科學基金資助下，西北工業大學魏炳波院士及其課題組，對液態金屬的深過冷實驗方法、熱力學特徵、晶體形核規律和快速晶體生長動力學進行了系統的實驗探索和理論分析，取得了重要進展，主要包括：

（一）金屬材料的超常凝固過程研究

1990年以來，研究懸浮無容器狀態、微或超重力環境和強物理場作用等超常條件下的凝固過程成為凝固科學技術領域的前沿問題。由於超常凝固實驗設備與空間科學技術相關，歐美諸國拒絕提供給中國，迫切需要突破科學實驗研究設備技術瓶頸。在國家載人航天921-2空間應用系統、國家863計劃航天領域和國家自然科學基金的共同支持下，歷經十多年自行研製了電磁懸浮、超聲懸浮、靜電懸浮、熔體浸浮和自由落體等五種實驗設備，建立了一套功能互補的超常條件下金屬材料快速凝固實驗系統。取得了以下擁有自主知識產權的研究成果：

1、電磁懸浮無容器快速凝固技術研究

在O.Muck(1923)電磁懸浮技術基礎上，提出了對空間凝固過程進行主動過冷、動態檢測和實時控制的集成實驗模擬方法。在慢速冷卻條件下實現快速凝固，建立了高效測定合金熔體表面張力和快速凝固速率的紅外檢測方法，並利用外部籽晶對無容器凝固過程實施主動控制。部級技術鑑定評價「總體達到國際先進水平，部分技術處於領先地位」，獲發明專利3項，國家技術發明二等獎1項。

2、超聲懸浮的優化設計理論及其應用研究

經過十年系統研究，解決了長期阻礙聲懸浮實際應用的懸浮力小和穩定性差的兩個技術難題，取得三方面進展：(1)在L.P.Gor』kov(1962)和M.Barmatz(1985)工作基礎上，建立了單軸式聲懸浮的優化設計理論模型。(2)通過對聲懸浮過程的優化設計，大幅提高了懸浮能力和懸浮穩定性，在國際上首次懸浮起自然界中密度最大的固體銥(22.6g/cm3)和液體汞(13.6g/cm3)。(3)建立了聲懸浮過程中諧振狀態的優化控制方法，在國際上首次實現了爬行、水生和飛行等三類生物活體的穩定聲懸浮，證明可以將聲懸浮應用於生物醫學材料研究。Nature雜誌和Science網絡版分別三次給予專題評論，充分肯定這三方面進展。

3、靜電懸浮、熔體浸浮和自由落體條件下凝固過程研究

熔體浸浮方法是將液態合金浸入熔融玻璃之中，由玻璃熔體產生浮力，實現類似無容器凝固。研製出3m微型落管微重力快速凝固實驗設備，應用於研究航空航天用Al基、Ti基和Ni基合金的超常凝固過程。

2002年以來，對靜電懸浮過程中的關鍵控制技術進行了系統研究，繼美國、德國和日本之後建立起擁有自主知識產權的單軸反饋控制靜電懸浮實驗設備。2013年獲批國家重大科研儀器研製專項1項。

（二）液態金屬深過冷與快速晶體生長研究

傳統凝固理論體系主要描述中小過冷條件下的常規凝固過程。但是，超常條件下的凝固過程引發了一系列與深過冷條件密切相關的新現象。1990～2003年，對液態純金屬和二元合金的深過冷現象、熱力學特徵、晶體形核規律和快速晶體生長動力學進行了系統的實驗和理論研究，取得了三方面進展：

1、液態金屬深過冷的熱力學特性研究

40餘種二元合金熔體的過冷度達(0.15~0.28)TL水平。發現合金熔體過熱是獲得深過冷的首要條件，並揭示了過冷能力與形核機制和實驗條件的相關規律。研究了深過冷合金熔體的熱力學特徵，測定出其比熱和表面張力等熱物性參數。

2、晶體形核與熔體過冷的相關規律研究

闡明了深過冷條件下共晶、偏晶和包晶等三種不同類型二元復相合金的形核機制；揭示出即使過冷度超過0.2Tm，液態金屬仍然優先發生異質形核；並發現聲懸浮條件下合金熔體表面波動和超聲空化效應均誘發異質形核。

3、深過冷條件下快速晶體生長機制研究

闡明了快速枝晶生長的動力學規律；提出了快速共晶生長的理論機制；發現了快速偏晶凝固的相分離特徵；揭示了快速包晶凝固的相選擇和組織演變規律；實現了金屬間化合物的快速生長；發現了微重力效應和深過冷條件對快速凝固過程的耦合作用機制。

（三）多元和復相合金的快速凝固研究

傳統凝固理論體系是以純金屬和二元合金作為研究對象建立起來的。鑑於工業應用的金屬材料多數為複雜的三～六元合金，2003年以來開展了多元單相合金和三元復相合金的快速凝固研究，被國家自然科學基金委列為「十五」重大項目，並獲創新研究群體基金支持。近年來，主要取得三方面研究進展：

1、亞穩三元合金熔體的熱物理性質研究 20餘種多元和復相合金熔體達到(0.12～0.24)TL過冷度；實驗測定並理論計算了一系列深過冷合金熔體的比熱、表面張力、粘度和擴散係數；闡明了其熱物理性質隨溫度和微觀結構變化規律。 2、多元單相合金的快速枝晶生長研究

系統地測定了三～六元單相合金中枝晶生長速度的變化規律，揭示出枝晶生長隨過冷度呈雙指數型函數關係。發現當過冷度充分大時，枝晶組織向等軸晶轉變，並可實現無偏析快速凝固。

3、三元復相合金的超常快速凝固研究

提出了三元共晶快速生長的理論機制；闡明了三元偏晶合金的相分離規律以及偏晶胞和殼核組織形成條件；揭示了三元包晶合金的亞穩相分離和組織演變特徵。

通過國家重大項目的支持，完成了創新研究群體基金項目、國家傑出青年基金項目、國家「921工程」項目和國家「863計劃」項目等多項國家級課題，2013年獲批國家重大科研儀器設備研製專項1項。發表學術論文300餘篇，會議報告55篇，國防科技報告4篇，並獲發明專利3項。研究成果得到Nature雜誌和Science網站的專題評論3次。

主要獎項

• 1990年, 獲德國洪堡基金
• 1994年, 獲首屆國家傑出青年基金
• 1998年, 評為首批長江學者特聘教授
• 2000年，評為全國先進工作者和全國五·一勞動獎章
• 2001年，獲國家基金委創新研究群體基金
• 2007年，所領導的空間材料科學團隊獲全國五·一勞動獎狀
• 2011年，當選為中國科學院院士
• 獲國家自然科學二等獎
• 國家技術發明二等獎
• 國家教學成果二等獎
• 中國青年科學家獎
• 寶鋼教育獎特等獎
• 省部級科技進步一等獎6項
• 培養的博士生中1人獲全國優秀博士論文獎、2人獲提名獎，3人獲德國洪堡基金。