师昌绪:从材料科学家到战略科学家

2011-1-17 09:00 来源: 科学时报
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  师昌绪:

  材料科学家,1920年生于河北徐水,我国高温合金开拓者之一,领导研制我国第一个航空发动机空心铸造镍基高温合金涡轮叶片。曾任中科院金属研究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会副主任、中国工程院副院长等职。1980年当选中国科学院学部委员(院士),1994年当选中国工程院院士,1995年被选为第三世界科学院院士。

  1月14日,人民大会堂铺着长长的红地毯,鲜花簇拥,喜气洋洋。一位九旬高龄的长者从国家主席胡锦涛手中接过2010年国家最高科学技术奖。他,就是著名的材料科学家、战略科学家、两院院士师昌绪。

  之前,这个奖的得主也是一串显赫的名字——汉字激光照排系统创始人王选、杂交水稻专家袁隆平、数学家吴文俊、航天技术专家王永志……

战乱中成长:种下爱国种子

  1920年11月15日,师昌绪出生在河北省徐水县大营村一个“忠厚传家久、诗书继世长”的大家庭。这个地方紧挨保定城和京广铁路,进入民国后不是战场,就是大兵过境,以致家道艰难。师昌绪有一个近40口人的大家庭,19世纪他祖父辈出过进士,他的父亲是清末秀才,既有浓厚的儒家思想,又有强烈的爱国意念;母亲出身于破落的官宦之家,知书达理,勤劳善良。在这个主要依靠土地且生活并不富裕的大家庭里,养成了师昌绪温良恭谦和对人宽容的性格。

  因为地处保定一带,军阀混战,师老家又是大家庭,名声在外,经常要躲到地窖里面。特别是1931年“九一八”事变,那时候他刚上高小一年级。日本侵占沈阳的消息传来,全班学生包括老师在内大哭,感觉到要亡国了。从那时起,师昌绪就意识到中国必须要强盛起来。

  七七事变后,他亲眼见到日本侵略者的飞机追踪中国老百姓扫射,乡亲父老惨遭屠戮的惨状。

  师老说,他这一生的亮点之一是考上了河北省立保定第二师范学校——一个非常进步的学校。学校实行的是劳动生产教育,真正下地干活,每周四个半天,星期天都被占了,十分艰苦。所以他在中学时代养成了勤劳的习惯。当时日本占了东北以后又想华北自治,宋哲元将军领导抗日,用大刀和日本人作战,在古北口和喜峰口打败了日本人,因而学校每天早晨都练大刀,打形意拳,准备抗日。

  1937年抗日战争爆发后,他随家人来到河南,入冀绥平津联合中学。1940年,师昌绪中学毕业,考入国立西北工学院矿冶系,开始了自己“科学救国、实业救国”的道路。

留学美国:打牢科学救国基础

  1945年大学毕业后,师昌绪在四川和鞍山工作了3年,因国内战乱不已,他便于1946年考取出国资格,1948年到美国留学7年。

  异国求学的历程对于师昌绪来说还算顺利:不到一年时间拿到密苏里大学矿业学院(美国三大著名矿业学院之一)的硕士学位,两年半时间拿到了博士学位。之后他受聘麻省理工学院冶金系,师从著名金属学家M·柯恩教授从事博士后研究工作。博士后的研究结果发展为300M超高强度钢,成为20世纪60年代到80年代世界上最常用的飞机起落架用钢,解决了飞机起落架经常因为断裂韧性或冲击值不够而发生严重事故的问题。

  20世纪80年代初,师昌绪访问麻省理工学院,应邀在材料科学与工程系作报告时,导师柯恩教授这样介绍他:“师昌绪是中国著名研究所的著名科学家,曾在麻省理工学院从事硅在超高强度钢中作用的研究,取得很有成效的结果,目前飞机常用的300M超高强度钢就是在他研究工作基础上发展起来的。”

  师昌绪当年在麻省理工学院的工作很是得心应手,可是争取回国一直是他的一块心病——是现在清华大学任教的中国工程院院士李恒德点燃了他争取回国的旺火。

  作为师昌绪的老朋友,李恒德回忆说,1950年朝鲜战争爆发,到了1951年9月,美国司法部就明令禁止学习理工医学科的中国留学生离开美国回中国,师昌绪是明令禁止回国的35名中国学者之一。1954年5月6月间是争取回国最紧张的日子,留美学生除了和中国日内瓦会议代表团联系,写信转交给周恩来总理,还按计划给艾森豪威尔总统写了一封公开信,要求他撤除禁令,让他们回到祖国。当时大家一起分工,把最烦琐的印刷任务交给了师昌绪,投出的给美国报界、议员、民众团体的2000封信无不经过他手。1955年春,在各种努力下,76位在美中国留学生终于得到美方的释放令,师昌绪也名列其中。同时达成中美两国大使在华沙会谈协议,为中国留学生自由回国打开了大门。

  回忆那些岁月,师昌绪说:“我这个人比较胆大,对生死看得比较淡泊。”

  1955年6月,骄阳似火的美国旧金山码头,克里夫兰号客轮从这里起航开往香港。船缓缓离岸,35岁的师昌绪站在甲板上,万分激动:“我终于可以回到祖国了。”

沈阳30年:从具体研究工作到研究所所长

  1955年回国后,师昌绪被分配到中国科学院。时任技术科学部的严济慈主任让他在上海和沈阳任意挑一处,两地都有研究合金钢的研究所。师的回答是“哪里需要我到哪里”。于是,1956年9月,师昌绪来到了金属研究所,开始他在沈阳工作的30年。

  刚到所时,他被派驻鞍钢。两年后,中国科学院为了执行“十二年科技规划”,以发展新技术和新材料为重点,师昌绪任金属所高温合金研究组组长。高温合金是他从未接触的领域,他选定开发铁基高温合金代替最为流行的镍基合金,因为当时国内既缺镍又缺铬,而且受到国外封锁。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。他的这个倡议引发了全国开发铁基高温合金的热潮。他那时还兼任合金钢研究室主任,在他的思想指导下,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。

  在航空发动机中,涡轮叶片工作条件最为苛刻:耐高温、抗疲劳、高强度,是高温合金开发的热点,一般都采用锻造高温合金。1959年,师昌绪等考虑到铸造合金有诸多优点,采用真空冶炼、真空浇铸等先进手段,开发出可用于航空发动机涡轮叶片的合金。

  1964年,我国自行设计的歼击机即将投产,却没有可用的发动机,在一场激烈的辩论中,确定了采用气冷空心涡轮叶片。当时,航空院负责材料工艺的负责人荣科总工程师来师昌绪家里说明情况,希望能做出提高100℃的空心气冷涡轮叶片。100℃看起来数目不大,但自从有喷气发动机以来,从上世纪40年代到80年代,每年通过材料提高的工作温度只有7℃~8℃,100℃是个飞跃。

  在接受任务后,师昌绪用了一年时间完成了试车、试飞和生产定型。这些工作本来定产于沈阳,10年后航空部要将此转产于大后方贵州。于是,师昌绪带队奔赴贵州工厂,从原材料准备到标准的制定攻关数月。这个厂已生产了40多万片,装备了4000台发动机,至今没有发生过一次重大事故,而且成品率大为提高。空心涡轮叶片获得了1985年国家科技进步奖一等奖。

  谈到空心叶片的研制成功,师昌绪总结说,一是接受这项任务靠胆识,因为风险很大;二是靠设计、材料工艺与制造工厂的三结合;三是靠参与工作人员的精诚团结,因为光金属所就有来自不同研究室的近百人参加。

  这项工作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,以后的柱晶叶片和单晶叶片都由此开始,空心冷却从100℃到今天的400℃~500℃。更大的影响是促进了全世界铸造高温合金用于航空发动机涡轮叶片。

  早在1963年师昌绪访问英国罗罗公司时,他们的总设计师还表示:“铸造合金性能不稳定,不能用作涡轮叶片;实际已有多年试验的结果才下此结论。”1980年该公司到沈阳航空发动机参观,胡克总设计师看到中国铸造叶片已投产,不无感慨地说:“单凭看到这一成果,就没白来中国一趟。”从此,英国和苏联都跟上来了。

  和师老共事多年的“夫妻院士”柯伟和李依依曾撰文回忆说:“上世纪90年代和师老再去贵州时,工厂里所有的老总、工程师,甚至已退休的工程技术人员都赶来探望师先生,场面非常感人。”

  为了高温合金的推广与生产,师昌绪走遍了全国几乎所有的特殊钢厂和航空发动机厂,每一种材料从研制到生产过关和得到应用都花了十几年。

  师昌绪不只重视高温合金的开发与生产,也重视理论研究。在确定铸造高温合金为主攻方向后,他提出合金的凝固过程必须深入研究,从而发现某些杂质元素影响了合金元素的严重偏析,造成材料稳定性严重下降;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。因此他获得了1998年华盛顿“材料研究学会国际联盟”大会颁发的“实用材料创新奖”,全世界只有12项,师为其一。

  1978年全国科学大会后,金属所从隶属冶金部又回到中科院。隶属冶金部时,以任务为主,不愁没有研究课题,更不愁经费;而中国科学院研究所以学科建设为主,这一巨大转变使研究所遇到很大的困难:人员老化、设备陈旧、缺乏国际联系、经费来源不足。师昌绪作为常务副所长,亟待解决这些问题。于是,金属所开展了大学习:学习业务,学英语准备扩大学术交流,大量招收研究生以解决人员老化与断层,省吃俭用添置高级研究装备。此间,他确定了开发新材料与理论研究并重的办所方针。他勇于承担难度大的任务和开辟新的学科方向,使金属所步入正常的发展轨道。如今,金属所已成为国内外知名的研究所。

  其间,师昌绪还创建中国科学院金属腐蚀与防护研究所并兼任所长,他提出要加强环境腐蚀及工程腐蚀研究,而不只是开发耐腐蚀材料。而今36公里长的钱塘江大桥的100年寿命保证,就是由该所提出方案并实施的。

  除此,师昌绪还经常参加失效分析工作,特别经常光顾同在沈阳地区的黎明机械厂(即航空发动机制造厂),下厂解决材料中存在的问题。该厂副厂长程华明总工程师称他为“材料医生”。

在京25年:成为指挥千军万马的战略科学家

  和做某个领域的科学家相比,要当好一位战略科学家似乎要难得多。当了8年金属所副所长、所长的领导职务,师昌绪笑称自己的头发就是在同时担任两个所的所长时被折腾光的。

  1984年,他卸任来到北京,扮演起管理者和决策者的角色,成为推动我国材料科学发展乃至整个科学界发展的战略科学家。除了在国家自然科学基金委副主任、中国工程院副院长等岗位上发挥了作用,他还提出很多有益于我国科技发展的建议和主张。

  1984年,师昌绪开始担任中国科学院第一技术科学部主任,那时学部的任务之一是向国家科技发展提供咨询。他不等待国家交任务,而创立了“主动咨询”模式。如钢铁方面提出要进口部分铁矿石,通讯方面要市场化,科技人才实现全国招聘等咨询项目。

  1985年,为了促进科研单位与大企业之间的联系,他联合20名专家建议国家经委召开有关研究所所长和大型企业负责人的座谈会,为他们牵线搭桥。

  1986年,国家自然科学基金委员会成立,化学家唐敖庆教授为主任,师昌绪是副主任之一。唐先生提出基金评审项目的16字方针——“依靠专家、同行评议、择优资助、公平合理”。

  为保证这一方针的正确实施,师昌绪提出很多建设性意见:如基金委应该是一个学术与行政双重性质的机构,其下属学部工作人员的专业水平要不断提高,为此他推动编写了54本学科发展战略,让工作人员了解本学科全貌;二是承担国家自然科学奖的评审,用以了解全国从事科学研究的重点人物;三是承担全国国家重点实验室的评审工作,进而了解我国重点研究基地的情况。他甚至还提出学部干部采用流动编制的办法,以保证基金委不致变为一个官僚机构——当然因为难点太多而没有实现。

  在师昌绪的建议下,把“863”计划中新概念、新构思部分划归基金委与“863”专家组共同管理,因为“863”主要针对国内实力最强的大学和研究单位,而新概念往往出自“小人物”,基金委的《项目指南》面向全国各个角落。

  改革开放后,中央提出“以经济建设为中心”,工程技术人员是主体,但这部分人不像科学家那样受到重视,于是一些科研人员提出成立中国工程院。1982年,师昌绪和其他3位科学家联名提出“实现四化必须发展工程科学技术”的建议。1992年,师昌绪又与另外5位科学家上书党中央。经批准后,师昌绪作为中科院技术科学部主任和筹备组副组长投入筹建工作。1994年6月3日,经过两年的不懈努力,中国工程院正式成立,师昌绪被选为副院长之一,时年74岁。

  1996年,中国科学院主席团成立“学部咨询工作委员会”,聘请师昌绪为第一届主席。他主持下最重要的一项成果是“我国能源发展战略”,得出的结论是“因地制宜”,“东部以核能为主,西部以水能和新能源为主,华北地区要高效率利用化石能源”。此时,他已是80高龄,进入资深院士行列。

  2000年,科技部聘师昌绪为中国科技图书文献中心的理事长,将北京各部门的图书馆的外文期刊统一采购、统一上网,实现“共建共享”和图书馆的数字化。他不是图书馆专家,但在他的领导下,实现了一个“和谐集体”,成为我国科技平台的典范。

  出于他的责任感和广泛的接触,师昌绪对国家科技发展十分关心,主要包括以下几方面。

  首先是我国材料科学技术的发展。上世纪90年代初,在中国召开“环境材料”国际会议,师昌绪分析了金属材料的资源少则几十年、多则几百年就要枯竭,唯有镁取之不尽,因为海水中有大量镁盐,并可经济开采。1997年他与几位院士建议科技部列为重点攻关项目。如今中国镁产量为世界第一,研发工作也居世界前列。

  碳纤维是航空航天所必需,我国从1975年就开始研发,25年仍没拿到稳定合格产品。2000年,师昌绪主动召开了几个座谈会,最后上书党中央列为“863”重点项目之一。经过几年努力,高强度碳纤维的生产已立足国内,由过去的分散到现在采取统一领导,实现了碳纤维国产化。同时,师昌绪也一直介入碳纤维在飞机生产中的应用。

  2000年,纳米技术在国际上受到高度重视,师昌绪倡导成立了“纳米科学中心”。同时,他意识到我国纳米科技的研究与开发将进入无序竞争的状态,上书国务院成立了“国家纳米科学技术指导协调委员会”。

  2004年,他主持召开我国军工材料发展研讨会,并制定了到2020年的发展规划。

  其次,师昌绪对我国材料发展提出政策性的建议。上世纪八九十年代,国际上刮起“传统产业是夕阳产业”之风,我国也倡导“新技术革命”。一时间,传统材料研究人员感到困惑,师昌绪在多个场合提出“开发新材料的同时必须重视传统材料”,因为它是基建、制造业所必需。像我国这样的大国,传统材料的生产必须立足国内。1997年我国启动重大基础研究“973”的立项,开始只有农业、能源、资环、自动化与生命科学5个领域,1998年师昌绪写信给国务院科教领导小组,才把材料领域加入。

  我国材料领域的研究成果很多没有得到推广应用,是由于没有达到工程化程度。为此,师昌绪等科学家上书国务院有关领导。得到批复后,他还主持召开了我国应尽快工程化几类材料的会议。

  第三,师昌绪非常重视中国科技界走向国际。“要想成为世界强国,科技必须先行,同时也要融于国际社会,其中学会和期刊是两个重要标志”。

  生物材料是当前最活跃的领域之一,由于国内8个学会都有生物材料学会,因而不能加入国际组织。师昌绪在中国科协的协助下,1997年成立了中国生物材料委员会,并加入了国际组织。现在,中国生物材料委员会在国际上十分活跃,并成功争取2012年全世界生物材料大会在成都召开。

  第四,师昌绪对我国科技设施建设作出很多贡献。1984年我国开始建立国家重点实验室,主要为基础研究服务;1989年利用世行贷款又建了一批为应用科学服务的国家重点实验室。师昌绪作为18人专家组组长,确定了不同领域的75个实验室。此后,在他主持下,为已建实验室的评估形成了一套成熟方案,做到了优胜劣汰,使实验室增加了活力。

  此外,师昌绪还向国家提出了大量富有成效的建议,无论是对我国科学技术还是产业发展都产生了重要影响。

  师昌绪是一位闲不住的学者,即使他已90岁,仍然工作不停。仅2010年,他就在京主持或参加会议数十次,京外出差10次,接待不计其数的来访者,同时,还写作几篇文章和大会特邀报告。