回憶科學家師昌緒:碳纖維的科研發展之路
20世紀50年代,自從日本學者開發出聚丙烯腈纖維(PAN)基碳纖維發展到現在,碳纖維類型按照原材料主要分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維以及粘膠基碳纖維。之后以日、美等占據碳纖維領域的先進行列,并對實行了高性能小絲束碳纖維技術的嚴格封鎖和產品的禁運。
我國從20世紀60年代初期次開始PAN基原絲碳纖維的研究工作,1975年11月在張愛萍將軍主持的“7511”會議上確定PAN碳纖維為戰略核武器的關鍵材料。但非常遺憾的是,由于諸多原因,我國碳纖維發展緩慢,只有吉林碳素廠和吉林石化公司可以制備少量低性能碳纖維作為燒蝕材料,高性能碳纖維還是幾乎全部依賴進口國外產品
天津大學材料科學與工程學院內的師昌緒先生銅像
作為戰略科學家、兩院院士師昌緒先生敏銳的看到碳纖維對可持續發展的重要性,在國內碳纖維研發處于困難的低谷時期,2000年已經80多歲的師老牽頭與多位科研同志進行數次研討,發起了碳纖維技術攻關的新一輪戰略構思。2001年10月科技部決定設立碳纖維關鍵技術專項(代號304專項)。2002年“863”計劃新材料領域會議上304專項計劃再次明確目標,創新形式的方針,碳纖維技術研發再一次重啟征程。
2011年1月14日,91歲高齡的師昌緒院士,登上了高科技獎的領獎臺。他是我國著名材料學家、科學院和工程院兩院的院士。半個多世紀以來,始終為我國科技事業的發展不停奔忙。即便年逾九旬,師昌緒院士也一直活躍在科學前沿領域。
人們說,師昌緒院士是個用“特殊材料”造就的老人。一輩子和各種各樣的材料打交道,在高溫合金、合金鋼等領域為我國創造了多項。今天,我們共同來聽聽師昌緒院士與材料科學之間的不解之緣。
我們先來認識一下這位熱衷材料研究的科學家。師昌緒出生于1918年,中學畢業后,考入西北工學院礦冶系,開始走上科學研究道路。1945年大學畢業后,師昌緒在四川和鞍山工作了3年。1948年到美國留學。異國求學的歷程對于師昌緒來說還算順利。1955年回國后,師昌緒被分配到科學院從事科學研究。兩年后,科學院以發展新技術和新材料為重點,任命師昌緒為金屬研究所高溫合金研究組組長。
高溫合金是他從未接觸過的領域,在研究方向上,師昌緒選定開發鐵基高溫合金代替為流行的鎳基合金,因為當時國內既缺鎳又缺鉻,而且受到國外技術封鎖。他和撫順鋼廠合作,開發出我國個鐵基高溫合金,后來用于航空發動機渦輪盤。那時,師昌緒還兼任合金鋼研究室主任。在他的指導下,1958年開發出無鎳不銹鋼,用在尿素生產的裝備上,比國際常用的鎳鉻不銹鋼還要好。
為了高溫合金的推廣與生產,不論條件多艱苦,師昌緒總是身先士卒,在線解決各種各樣的技術難題。他幾乎走遍的特殊鋼廠和航空發動機廠,幫助解決生產中出現的實際問題,被大家親切地稱為“材料醫生”。在航空發動機中,渦輪葉片工作條件為苛刻,需要耐高溫、抗疲勞、高強度。師昌緒等研究人員考慮到鑄造合金有不少優點,于是采用真空冶煉、真空澆鑄等先進手段,開發出了可用于航空發動機渦輪葉片的合金。
到了1964年的時候,我國自行設計的軍用飛機即將投產,卻沒有高性能的發動機。在技術人員激烈的辯論中,確定了采用氣冷空心渦輪葉片。當時,航空院負責材料工藝的總工程師,到師昌緒家里說明情況,希望在渦輪工作溫度會提高100攝氏度的前提下,研制出這種氣冷空心渦輪葉片。
在接受任務后,師昌緒拿到的基礎資料只有一張空心渦輪葉片的外觀草圖。他緊急組織起100多人的攻關隊伍,與大家日夜奮斗在金屬研究所簡陋的精密鑄造實驗室里。在他的帶領下,我國的科研人員僅用一年時間就攻克了一系列技術難關。在實驗室中做出了比美國難度更大的9孔鑄造鎳基高溫合金空心渦輪葉片,使我國航空發動機性能邁上了一個新臺階。
當時和師昌緒一起工作的中科院金屬研究所原所長李依依院士說:“我國是上第二個采用這種葉片的,當時英國也還沒有。這種葉片裝備了我國上個世紀60至90年代生產的大部分先進發動機。多年來從沒有因為葉片的問題,出過任何事故。”
這項研發工作,不僅為我國鑄造高溫合金在航空發動機渦輪葉片的應用上開辟了先河,以后的柱晶葉片和單晶葉片也都由此開始,空心冷卻性能也從100攝氏度發展到今天的400~500攝氏度。正是因為長期對科技發展的關心和思考,才讓師昌緒成為一位高瞻遠矚的戰略科學家,不斷推動著我國材料科學乃至整個科學事業的發展。
1984年,師昌緒調到中科院技術科學部工作。他敏銳地感覺到來自新技術革命的挑戰,組織學部委員們對我國鋼鐵、能源、通信、計算機、集成電路的發展以及科技人員的培養等重大問題進行咨詢,并提出科技和經濟不能“兩張皮”。早在1982年,他與3位科學家一起提出成立工程院的建議。終,在1994年工程院正式成立了。師昌緒當選為批院士和屆副院長。
師昌緒根據我國基金制的發展提出了很多建議。他主持編寫了《學科發展戰略研究》,為我國基礎研究的資助指明了方向。1997年,我國啟動重大基礎研究規劃的立項工作,開始只有農業、能源、信息、資源環境與生命科學5個領域。在師昌緒等科學家的積極建議下,材料被列為重點支持領域之一,推動我國材料科學研究步入了快車道。
師昌緒院士說自己是個“閑不住的老人”。在一般人的印象里,90多歲的老人早該在家里頤養天年。可是要見師昌緒老先生,卻得到自然科學基金委員會的辦公樓里,因為這是他工作的地方。
師昌緒院士有一本“效率手冊”,上面記錄著他每天的工作安排。例如,2009年,在北京接待來訪202批次,在京開會56次,出京開會13次,包括沈陽、天津、成都、威海、上海、深圳、廣州等,還做了3次特邀報告;2010年,出差10次,南到廣州,北至滿洲里,在京主持大小會議幾十個,其余時間幾乎每天都到辦公室工作。
當被問到為什么耄耋之年仍然這么忙碌的時候,師昌緒回答說:“因為我平生,好管‘閑事’。”
對于這一點,與他共事20多年的自然基金委原工程與材料學部常務副主任李克健深有感觸。
2000年的一天,師昌緒突然找到李克健,詢問有關碳纖維的事情。碳纖維是航空、航天的關鍵材料,其他既不出口、也不轉讓技術。李克健回憶時說道:“當時國內沒人管這件事,師老先生也不是這方面的專家,但他意識到了這一問題的重要性,二話不說把這當成了自己的事。”
后來,師昌緒主持召開了關于碳纖維發展的研討會,并親自向上級建議把這項研究列為我國高技術研發專項。10多年來他一直跟蹤我國碳纖維的研發、生產與應用,強調要“自主創新”、“降低成本”。在李克健眼中,師昌緒院士很有眼光,管的都是需要的事。什么事情重要,關鍵環節在哪里,他都能敏銳地看到,并且敢說敢做。
師昌緒總是勇于挑擔子。20世紀80年代,他把國內27個和材料相關的學會團結在一起,成立了材料聯合會。多年的老朋友李恒德院士曾感嘆,這件事虧得有他,很難想到還有別人能辦成。這得需要多大號召力、勇氣和細致繁瑣的工作啊。
在整個材料科學領域,師昌緒院士都可謂德高望重,但他特別“低調”。說起獲得高科技獎,他連連擺手說:“這個獎不是給我一個人的,是給整個材料科學界的。作為一個人,就要對作出貢獻,這是人生的要義。”
師昌緒院士曾評價自己智慧平平,絕非一個聰明人??偨Y自己近一個世紀的人生,他認為,人一定要有所作為,智慧、體魄是基礎,勤奮、進取是動力,素質、品德是保證,環境、機遇是條件。在很多人眼里,身為科學家的師昌緒身上總有一種很強的親和力。自然基金委原秘書長袁海波說:“他走到哪里都有一種吸引力,能把大家凝聚在一起。他非常尊重別人,哪怕只是一個工人或者實驗員。”
在師昌緒院士與老伴兒郭蘊宜合寫的長詩《尋夢》中,有這樣兩句:遲暮夕陽余熱暖,情真意切育英才。幾十年來,師昌緒院士不遺余力培養人才,帶出了一支能打硬仗的技術攻堅隊伍。他的學生中大多已經成為我國材料科技事業的中堅力量。為了讓年輕人在國際上早露頭角,許多國際會議邀請他做主題報告,他都把機會讓給了年輕人。
屬于樂天派的師昌緒院士認為,只要對科學技術發展有利,就會努力付出。自己大的愿望就是,看到加快推進體制改革?,F在學術界比較急躁,這樣不利于培養創新人才。而對于自己則是,得過且過,得活且活,但是活一天就要為做一天事。
作為我國高溫合金的奠基人,師昌緒把畢生精力都獻給了祖國的科技事業。2014年11月10日,師昌緒院士與世長辭。他用生命譜寫了精彩的人生,更為科技工作者樹立了光輝的榜樣。










































