與金屬絲“鏖戰(zhàn)”20年的“拉絲教授”——記河南理工大學教師曹軍

“性能不穩(wěn)定”“拉的時候還總是斷，最難的時候，實驗結果沒有一個能夠達到要求”……這樣難“拉”的金屬絲，正是河南理工大學副教授曹軍帶領先進微系統制造團隊鏖戰(zhàn)20年的“敵人”。

一間機器嗡響的實驗室，一群心細如發(fā)的年輕人身穿白大褂，正目不轉睛地觀察著“鍵合絲”的拉絲情況，那些細如牛毛甚至肉眼難辨的金屬絲，一走神就可能會消失在視線中。而它初入實驗室時，可能是手指或水管般粗細的金屬桿坯。這些金屬絲的應用領域寬泛，它們就像“細胞”一樣，“隱身”在集成電路鍵合線、醫(yī)療器械有源線束及各種電子元器件之中。

這就是河南理工大學教師曹軍參與完成的“高性能銅及貴金屬絲線材關鍵制備加工技術與應用”成果，今年剛剛榮獲國家科學技術進步獎二等獎。

務實，做科研要解決實際問題

“做科研，我傾向于解決實際問題，國家的需求、產業(yè)發(fā)展的難點，都應該是我們攻關的重點?！辈苘娬f，“這也是發(fā)展產業(yè)新動能和新質生產力的內在要求。”

1999年，曹軍如愿考入焦作工學院（河南理工大學前身）機械系材料成型與控制工程專業(yè)，大學期間，他掌握了扎實的理論基礎，為深入開展銅基微細絲研究奠定了堅實根基。

2005年，正在攻讀碩士學位的曹軍聽說導師和企業(yè)有高性能材料的合作項目，十分欣喜，暗自準備。在第一學年結束后，經導師同意，他迫不及待地到合作企業(yè)開展了“鍵合銅線”高性能材料研發(fā)項目。正是這個項目為曹軍打開了科研路上最重要的一扇門。

“一開始，芯片封裝用到的線都是黃金，可黃金貴呀，我研究生做這個課題，就是想用高純銅來替代黃金?！边@樣創(chuàng)新大膽且極具現實意義的想法，讓曹軍充滿干勁。畢業(yè)時，他圍繞“鍵合銅線”項目累計發(fā)表了6篇學術論文，拿到了甘肅省的一個科技攻關項目，這對一個碩士研究生來說是巨大的鼓勵，也進一步堅定了他往后的科研方向。

精細，不放過一?！盎覊m”

“做金屬絲研究就像從99分向100分努力攀爬的過程，只有心和絲一樣細，才能達成共振，交出完美答卷?！?/p>

該團隊研究的重點內容是將不同材質的金屬桿坯不間斷地拉成線直徑10微米甚至更細、長度10萬米甚至更長的金屬絲。

“在我們的實驗里，一粒2到3微米的小灰塵就可能成為一個關鍵的影響因素?！辈苘娬f。在如此精細、精密、精準的研究里，導致實驗失敗的原因很多，一丁點失誤就會造成無法挽回的后果。

2021年，曹軍和相關企業(yè)合作“切割絲”項目，切割絲從原料到最終成品要經歷23道工序，任何一道工序出現問題，后續(xù)都無法進行?？删驮谒腥硕挤浅Ｗ屑殨r，意外還是出現了。

“拉絲老是斷，沒有一個能達到要求?！辈苘娀貞浀?。這讓團隊成員都陷入了迷茫。拉絲機轉速很高，為了搞清楚原因，曹軍還是不顧危險戴上放大鏡趴到拉絲機上觀察。這個危險的行為讓大家都為他捏了一把汗。

就在大家一籌莫展的時候，曹軍打量著拉絲機，目光停留到了一個導輪上。這個導輪看起來比其他導輪大一些，從理論上來說可能會導致摩擦力增大。曹軍立即安排替換小導輪。果不其然，換成小導輪后，斷絲問題迎刃而解。

堅守，坐得住“冷板凳”

“做科研要耐得住寂寞，坐得住冷板凳?！辈苘娬f，“剛開始投入科研的時候，遇到很多挫折，痛苦的時候也有想放棄的念頭?！?/p>

在做“鍵合銅線”時，需要從原料開始，也就是先做一個銅桿，再由銅桿“拉”成絲。在理論上這是十分可行的方法，但當成品完成后，卻出現了一個在科研上無法被容忍的問題——上午和下午做出來的絲在性能指標上有著巨大的差異。實驗室中的成品性能不穩(wěn)定，就意味著在實際應用中將出現更大問題。更痛苦的是，檢查完每一道工序都無法分析出來原因，這讓曹軍和團隊成員十分苦惱。

于是，曹軍開始不分晝夜地試錯。他在睡覺的屋里貼了一張紙條，上面寫著“性能不穩(wěn)定”5個大字，時刻提醒刺激自己。為了能在中午12點前完整地做完一次實驗，他甚至帶領團隊凌晨兩點起床，以此確保實驗條件的一致性，進而尋找原因。

一天，曹軍做完一天實驗回到家中，雖然已是深夜，但他的大腦依舊無法停止思考，睡不著就翻閱文獻，猛然間，“熱處理可能會改善成品的穩(wěn)定性”一行字像被放大了一般映入眼簾。于是他立馬開始推演，在理論上推演成功后，就馬不停蹄地去做。他懷著激動又擔憂的心情重返實驗室，結果“效果挺好，到第二天效果都挺好的”。

沒有付出就沒有回報。曹軍用實際行動帶領團隊成員不斷攻克技術難關，開發(fā)出純度高于99.9999%的高純單晶銅、高強度高導電銅合金及其高性能新型鍵合引線等高新材料，實現該類產品的進口替代；率先將鍵合銅線、鍵合合金線替代鍵合金線應用于微電子封裝中，在半導體封裝鍵合銅線、鍵合合金線及其可靠性等研究方面獲得了開創(chuàng)性的成果。

20年來，曹軍先后獲授權發(fā)明專利40項，并實現專利成果轉化180余萬元，助力國內多家企業(yè)步入微細絲加工第一梯隊。

“我們要進一步提升材料強度、精度，為國家實現合金材料的進口替代積極貢獻力量。”曹軍說，“做科研沒有止境，我們將繼續(xù)聚焦國家戰(zhàn)略需求，探索創(chuàng)新科研模式，堅持做有用的科研，為高水平科技自立自強作出貢獻……”（中國教育報-中國教育新聞網記者 張利軍 通訊員 蘇麗敏 馬磊）