中国材料泰斗师昌绪院士 ​

师昌绪(1920.11—2014.11),河北徐水人。金属及材料科学家,中国高温合金和新型合金钢奠基人,材料腐蚀与防护领域开拓者,战略科学家。1945年毕业于国立西北工学院矿冶系,获学士学位。1949年获美国密苏里矿冶学院冶金硕士学位,1952年获欧特丹大学冶金博士学位,后在麻省理工学院任助理研究员。1955年回国后历任中国科学院(简称中科院)沈阳金属研究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会副主任、中国工程院副院长、国家科技图书文献中心理事长等职务。中科院学部委员(院士),中国工程院院士,第三世界科学院院士。曾获国家科技进步一等奖、国家最高科学技术奖等多个奖项,国际第28468号小行星永久以他的名字命名。

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师昌绪在做学术报告

一、求知远渡重洋  回国实现理想

师昌绪1920年11月生于河北徐水大营村的一个五世同堂、有近40口人的大家庭。其伯祖父是清朝进士,在八国联军入侵时带头反抗,遭联军杀害。其父师克和为清朝秀才,以教书为业。母亲出身破落官宦之家,知书达理,从事家务,一生勤劳简朴。师家既有浓厚的儒家思想,又有强烈的爱国理念,师昌绪从小养成了温良恭谦和对人宽容的性格。

徐水靠近保定和京广铁路,军阀混战,袭扰不堪,师家人和村民经常要住进地窖躲避战乱。1931年九一八事变后,师昌绪刚上高小一年级,日本侵占沈阳的消息让全班师生抱头痛哭。1934年他考入河北省立保定第二师范学校(现为保定学院)。1937年七七事变后,他随家人到了河南,进入冀察绥平津联合中学(后改名国立第一中学)。他亲眼见到日本鬼子的飞机追踪中国百姓扫射,父老乡亲惨遭杀戮。一时间国仇家恨涌上心头,增强了他对外国侵略者的憎恨,深切意识到中国必须强大起来。

1940年师昌绪中学毕业后,步行进入陕南,考入国立西北工学院矿冶系,4年平均成绩名列系第一名,并以优异成绩获林森奖学金。毕业后他进入资源委员会所属四川綦江电化冶炼厂,从事炼铜方面的技术工作。1947年转到鞍山钢铁公司任科技秘书。

1948年8月,师昌绪赴美留学,进入密苏里大学矿冶学院,1949年5月获硕士学位。他利用锌的蒸气压较高、在真空下容易挥发的特性,从炼铅过程所得的锌熔渣中分离银,最后获得银的纯度达90%以上。这个具有开拓性的独特方法改进了100年前发明的用锌提取液铅中金银的技术。当时真空冶金在全世界仅处于实验室阶段,他的这项创新获得了美国专利,并获麦格劳.希尔奖。

1950年1月师昌绪到诺特丹姆(Notre Dame)大学冶金系,任研究助教,并攻读博士学位。1952年6月他以论文《铟-砷-锑三元相图》,获冶金博士学位。这篇论文研究的内容,主要是在密封真空容器中熔化合金,然后在氩气下进行差热分析,再配合以相鉴定技术完成研究项目,为后来化合物半导体研究提供了参考。

在攻读博士期间,北洋大学(现天津大学)欢迎师昌绪回国任教。当时正值抗美援朝时期,美国政府禁止所有学习理工科中国留学生回国。他曾设法经第三国绕道归来,但未成功。于是他进入麻省理工学院,在著名金属学家M.柯恩教授指导下从事博士后研究, 聚焦真空冶金和超高强度钢。其间他研究了铁-镍-锰(Fe-Ni-Mn)合金的恒温马氏体相变,计算出相变激活能和成核率。主持了美国空军基地支持的超高强度钢的研究,解决了飞机起落架常因断裂韧性或冲击值不足引发事故的问题,成为20世纪60到80年代世界上最常用飞机起落架用钢。

在麻省理工学院期间,虽然工作顺利,生活舒适,但师昌绪并没有放弃回国念头。他和李恒德、张兴钤等要求回国的积极分子联名给周恩来总理写信,表达回国的强烈意愿。这封信件成为1954年我国政府在日内瓦会议和华沙会谈中争取留学生归国的有力证据。美国《波士顿环球报》还以通栏大标题报道“在美培养的中国学生要求回国”,并刊登了师昌绪等3名中国留学生照片。为赢得美国人民的同情,师昌绪等人又联名给美国总统艾森豪威尔写信,申诉美国无理阻挠中国留学生回国,并在晚上将这封信用滚筒式油印机油印后向美国公众散发。经过多方不懈努力,1955年春美国政府公布了同意76名中国留学生回国名单,其中就有师昌绪。

师昌绪的合作导师柯恩教授听说他要回国,便对他说:希望你慎重考虑能留在美国,如果因为职务低、挣钱少的话,我可以帮忙。师昌绪平静地回答:这些都不是我要回国的理由,我是中国人,现在中国十分落后,需要我这样的人。

1955年7月,克里夫兰总统号邮轮拉响了汽笛,缓缓离开码头驶向中国香港。35岁的师昌绪站在甲板上,看着渐渐远去的旧金山,心中激动万分:我终于可以回到祖国了!那里才是我报效国家、实现理想的地方。

二、科研锲而不舍 勤奋铸就辉煌

师昌绪回国后被分配到中科院。时任技术科学部主任严济慈让他在上海和沈阳两地的金属研究所任选一处,他回答“哪里需要我就到哪里”。1956年9月,师昌绪来到了位于辽宁沈阳的中科院金属研究所,开始了他在沈阳的30年科研之旅。

开始师昌绪带领工作组驻鞍钢帮助恢复生产,2年后他任金属所高温合金研究组组长兼合金钢研究室主任,按照中科院科技规划以研发新技术和新材料为重点。他原本擅长物理冶金领域,高温合金是他从未接触的领域,鉴于当时国内既缺镍少铬,又受到国外封锁,他选定开发铁基高温合金代替最为流行的镍基合金。他和抚顺钢厂合作,开发出我国第一个铁基高温合金,后来用于航空发动机涡轮盘。在他的带领下,1958年开发出无镍不锈钢用于尿素生产,比国际常用的镍铬不锈钢还好。

高温合金是航空、航天与原子能工业必不可少的材料,尤其涡轮叶片需要耐高温、抗疲劳、高强度等极为苛刻的条件,是高温合金开发的热点。1959年师昌绪等采用真空冶炼、真空浇铸等先进手段,研制出我国第一个铁基高温合金GH135,代替当时的镍基高温合金GH33,开发出可用于航空发动机涡轮叶片的合金,生产出数千个航空发动机涡轮盘。

师昌绪和他研发的发动机涡轮叶片(百度图片.png

师昌绪和他研发的发动机涡轮叶片

1960年冬,师昌绪率队与抚顺钢厂共同攻关。当时他妻子正怀孕需要照顾,他每天早晚乘铁闷罐车往返于沈阳和抚顺之间,每天到家都是夜里10点钟。即使气温在零下20多摄氏度,他仍然会每天早上准时出现在抚顺钢厂的高温合金车间。

1962年国家针对在高温合金板材中出现的晶粒不均、表面质量差等问题组织全国攻关,师昌绪作为专家组成员参与其中。在3年经济困难时期,他率领金属所科研组人员坚持在抚顺搞科研攻关,为我国高温合金立足于国内生产做出了贡献。

为提高飞机发动机推力,1964年北京航空研究院副总工荣科提出采用空心涡轮叶片以提高轮前温度100℃的设想,力争在一年内完成研究任务。当时除美国外涡轮叶片都是锻造成型,而对这种铸造叶片的可靠性普遍存疑。荣科为此找到师昌绪,组成研究、设计、生产三结合攻关团队。师昌绪带领课题组只用一年多时间就完成空心涡轮叶片的试车、试飞和生产定型研制任务。他们铸造的九孔空心涡轮叶片使我国的涡轮叶片发展一步迈上两个台阶——即由锻造合金改为真空精铸,由实心叶片改为空心叶片。这使我国成为世界上继美国之后第二个成功采用精铸气冷涡轮叶片的国家。

1975年航空工业部决定将空心叶片生产从沈阳401厂转到贵州170厂,师昌绪带领研发团队奔赴贵州持续跟进,从原材料准备到验收标准制定,攻关数月,直到空心叶片成材率超过实心叶片后他们才从贵州撤回沈阳。到21世纪初,该厂已生产空心叶片40多万片,装备4000台发动机,尚未发生一次重大事故,成品率大为提升。

空心叶片技术开辟了我国铸造高温合金用于航空发动机涡轮叶片的先河,之后柱晶叶片和单晶叶片都由此开始,空心冷却从100℃到后来的400℃-500℃,有力促进了世界铸造高温合金用于航空发动机涡轮叶片的发展。由于师昌绪在高温合金领域做出重大贡献,业内公认他是我国高温合金领域的开拓者。

1978年后,沈阳金属所从隶属冶金部改回到中科院。师昌绪作为常务副所长,大量招收研究生解决人员老化与短缺的问题,省吃俭用添置高级研究装备。他确定了开发新材料与理论研究并重的办所方针,勇于承担难度大的任务和开辟新的学科方向,使金属所步入正常发展轨道。他还创建中科院金属腐蚀与防护研究所并兼任所长,提出不仅要开发耐腐蚀材料,还要加强环境腐蚀及工程腐蚀研究。

师昌绪领导的科研团队在材料科学研究方面取得显著成就,受到各级党政机关的赞誉和嘉奖,获国家级科技奖10多项。其中包括不含镍的铬锰氮不锈钢1964年获国家工业新产品二等奖,铁基高温合金1978年获全国科学大会重大科技成果一等奖,Fe-Mn-Al合金研究1982年获国家自然科学奖三等奖,空心气冷铸造涡轮叶片1985年获国家科技进步奖一等奖,低偏析合金研究1987年获国家自然科学奖三等奖,高速气体雾化急冷粉末技术与装置1989年获国家科技进步奖二等奖等。他本人分别于1964年、1978年和1983年当选第三届、第五届、第六届全国人大代表。1980年当选中科院学部委员(院士)。

师昌绪始终坚守在材料科研第一线,坚持将实验室成果推广到生产应用中去,尽管新合金材料研发周期漫长,但他却从来没有放弃。第十届全国人大常委会副委员长、中科院原院长路甬祥评价说:“从工艺开发到实际应用,一种新合金要经历少则七八年、多则十几年的试验周期,师先生都能锲而不舍地坚持到底。”

三、管理独具匠心 战略引领航向

1984年,时任中科院金属研究所所长师昌绪被任命为中科院第一技术科学部主任,开始了他在北京长达30年的中国科技宏观管理职业生涯。上任后他密切关注世界新技术革命发展潮流,组织学部委员们对钢铁、能源、通讯、计算机、集成电路以及科技人员培训等重点问题进行咨询,将结果报送国务院并受到高度重视。他提倡科研院所与大企业紧密结合,经常深入科研院所进行调研,解决许多棘手的工作难题。他研究和关注的领域紧扣国家重大战略需求,从具体材料研发跃升为国家科技战略引领。

1986年2月,为加强基础科研,国家成立自然科学基金委员会(简称基金委),师昌绪担任副主任。他密切关注各重要领域科研进展,亲自制订主编了《基金项目指南》,主导建立依靠专家、公平评审机制。为完善基金委工作,他提出对国家重点实验室进行审评,了解和评估各研究基地和科学家团队的实际情况,精准有效使用基金。他启动编写《科学发展战略研究》,组织各方面专家学者深入调研和广泛论证,对国家基础和应用研究的发展提出比较完整的思路和意见。

20世纪80年代中期,当师昌绪发现我国有研发大推力发动机的能力时,便与时任冶金部军工办主任高良一同上书国务院,提出开展大推力发动机研发建议。经国家科技领导小组调研后于90年代初立项,开始研发当时我国最有发展潜力的航空发动机。1994年9月,国务院总理‌李鹏‌责成师昌绪对我国民航客机发展战略提出建议。他组织有关专家进行考察和论证后,建议应加速支线飞机研制。几经周折,这项研究取得令人瞩目成果,在上海生产的ARJ-21可投入批量生产。90年代末,关于生产国产大型飞机的议案受到重视,由中科院和工程院出面组织论证,并由两院院士王大珩、师昌绪、顾诵芬、郑哲敏和工程院院士刘大响‌等人共同负责。该项目被列为我国中长期科技规划重点项目,并已转入常态化产业实施阶段,成效十分显著。

国家重大基础研究发展计划(973计划)‌1997年6月公布实施,其中没有包括材料领域。为此师昌绪‌‌1998年上书国务院总理,使问题很快得到解决。在重视先进材料的同时,他同样重视传统材料性能提高和资源有效利用。在分析现有金属矿产资源将满足不了经济社会发展的现实后,他大力提倡应重点开发极其丰富的镁资源,并被列为国家级科技攻关项目。经过不懈努力,我国镁产量已占世界的60%以上,同时镁的应用范围也在不断扩大。

1981年春夏之交,师昌绪与中科院院士张光斗、吴仲华和罗沛霖认真讨论了成立中国工程院议题,并起草一份报告呈送党中央。不久,他们4人又联名在光明日报发表文章,阐述成立工程院的必要性。经过10多年酝酿,1992年师昌绪又与‌张光斗、王大珩、张维、侯祥麟和罗沛霖‌5位院士联名向党中央递交《关于早日建立中国工程与技术科学院的建议》,再次阐述成立工程院的必要性和紧迫性,得到批准后他担任组建方案的主持人和筹备组副组长。1994年6月中国工程院宣告成立,时年74岁师昌绪当选副院长,负责院士选举和宣传出版工作。1995年师昌绪当选第三世界科学院(现为发展中国家科学院)院士,并当选该院院长。当时生物材料成为全球研究热点,他联合国内多个专业学会于1997年成立中国生物材料委员会并被推选为理事长,该委员会于1998年加入国际组织。

师昌绪坚持高温合金的研发生产与理论研究并重。在确定以铸造高温合金为主攻方向后,他提出对合金的凝固过程进行深入研究,从而发现某些杂质元素影响了合金元素的严重偏析,造成材料稳定性明显下降;而控制这些杂质的含量,可以明显改善合金的很多性能。这一发现不但用于铸造高温合金,也用于高合金钢。1998年他因此获得华盛顿材料研究学会国际联盟大会颁发的“实用材料创新奖”。世纪之交,师昌绪看到纳米科技作为新兴前沿学科领域,将对经济社会发展产生重要影响,于是向国家建议组建国家纳米科学中心和国家纳米工程中心。

碳纤维是先进飞机的最关键材料,航天和导弹都离不开它,因而国外一些国家对国防用碳纤维产品和技术进行封锁。师昌绪对此深感不安,他专门主持召开多次座谈会应对此事。2000年耄耋之年的他上书党中央,提出中国自己研发和生产碳纤维,最终将此提议转批科技部并落实在“863”计划中。在他的参与下,一些急需的碳纤维生产已经立足国内。为避免制造发动机和飞机所需装备材料受制于人。师昌绪在2001年多次主持召开发展大型飞机方案论证会,还通过中国工程院主持召开大型装备论证会,论证8万吨锻压机和1.5万吨挤压机等设计制造,其中8万吨锻压机已落实到四川德阳第二重型机械厂完成。

师昌绪在抓好科研和管理的同时,坚持笔耕不辍,科技著作颇丰,并于2000年被科技部聘为中国科技图书文献中心理事长。师昌绪仅在化学工业出版社出版科技图书就有5部,包括他任主编1994年出版并获全国优秀科技图书二等奖《材料大辞典》,‌任第二主编2002年出版并获中国石油和化工协会科技进步一等奖和优秀科技图书一等奖《材料科学导论》‌,任第一主编2004年出版并获中国石油和化工协会优秀科技图书一等奖《材料科学与工程手册》‌,任第一主编、由全国39位院士和其他专家编写2006年出版并获首届中国出版政府奖(图书奖)《中国材料工程大典》(第1卷),任第一主编于2009年出版《材料工程基础要览》‌。他还创办了4种期刊,兼任6种杂志的主编,在国内外发表论文300余篇。

师昌绪还十分注重人才的教育培养。21世纪后,国务院把很多工业部门所属高校下放到地方。他认为,将这些学校全部下放到地方,对我国人才培养十分不利,对各行业发展也将产生不利影响。为此他多次找到相关主管领导进行陈述,最终将几十所进入“211工程”的部委所属高校收归教育部统一领导。截至2014年,师昌绪培养的硕士、博士毕业生近100人,他们中有的已担任科研单位开发部门负责人、室主任、所长和省科协副主席等职务。

师昌绪卓有成效的科技管理,受到党和国家的表彰和奖励。他多次获得国家科技进步一、二等奖,1989年获全国先进工作者称号,1994年当选首批中国工程院院士,1995年获何梁何利科技进步奖,1997年当选为中共十五大代表,2001年获得霍英东科技成就奖,2004年获第五届光华工程科技奖成就奖,被推选“感动中国2014年度人物”。2011年1月14日,师昌绪走上人民大会堂国家最高科学技术奖领奖台。师昌绪说过:“人生观定了以后,它就永远不会变。我的人生观就是要使祖国强大。”

2011年12月10日,国际小行星中心发布第77506号公报,将第28468号小行星永久命名为“师昌绪星”(Shichangxu),以此纪念他的卓越贡献。师昌绪精神同小行星一道在星空中永久闪烁,照耀着广大科技工作者奋发有为和开拓创新的路,鼓舞各行各业的人们在建设中国特色社会主义现代化强国的道路上砥砺前行,不断取得新的更大成就。


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