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哈工大走出的铸造、材料物理学家

——记乌克兰科学院外籍院士陈熙琛
 
作者:李庆春
 
  陈熙琛,1932年生于“北国冰城”哈尔滨,1954年毕业于哈尔滨工业大学机械系。他在全班年龄最小,学习成绩最好。他思路敏捷,富有想象力和创造力。学习期间,他完成的《机床课程设计》、《工艺课程设计》、《第二次生产实习报告》、《毕业论文设计》曾作为1955年全国第二届机电专业教学经验交流会典型材料,铅印成册,现保存在中国科学院图书馆。苏联专家康斯坦丁诺夫曾经说过,像陈熙琛这样的学生,在苏联也是一二百学生中才能有一个。
 
 
陈熙琛教授
 
  1955年,陈熙琛被公派到前苏联乌拉尔工业大学冶金系攻读研究生,1959年,在乌克兰科学院铸造研究所获科学技术副博士学位。值得一得的是,他关于石墨球化理论的研究曾获前苏联国家发明奖。1959年2月,他回到哈尔滨工业大学工作,1962年,当学校南迁重庆时,他去了重庆工业大学。1975年,他到第二汽车制造厂中心实验室任主任工程师,1978年调到中国科学院物理研究所工作。
  陈熙琛是乌克兰国家科学院的少数外籍院士之一。1995年,中国科学院4名科学家当选为乌克兰国家科学院外籍院士,他们都是国际上知名的科学家,陈熙琛便是其中之一。其他如周光召,时任中科院院长,现中科院院士;胡启恒,时任中科院副院长,现工程院院士;严陆光,时任中科院技术科学部主任,现中科院院士。
  如今,年逾七旬的陈熙琛仍担任山东大学材料科学与工程学院关键岗位兼职教授,博士生导师。同时,他还担任山东工业大学材料科学与工程学院名誉院长、西北工业大学材料科学与工程学院顾问教授、哈尔滨工业大学材料科学与工程学院兼职教授、乌克兰国家科学院“金属物理与最新工艺”杂志外籍编委等职务。
  陈熙琛的创造才能不仅表现在他大学学习期间,还贯穿于他后来的各项研究工作中,他不仅善于独立思考,而且动手能力很强。
  上世纪60年代初,我国军工生产中大量的科技问题有待解决,如材料中出现微小质点(1~100微米),影响材料性能,而当时我国还没有这方面的分析手段。他将苏制ИСП-28型摄谱仪改制成我国首台“显微光谱分析仪”,同时将苏制ПМГ-3型显微硬度计改成可以多用的“显微测头”,微电极采用针灸银针。进而,他用显微光谱分析法分析了高强铝合金中TiAl3的偏聚、高温耐热铝合金研制中的质点、铸造炮钢中白亮点为AlN薄膜等关键技术难题。
  上世纪70年代,在湖北第二汽车制造厂中心实验室工作期间,他在E-100型光栅直读摄谱仪基础上研制出了微区发射光谱分析仪,解决了汽车零件生产中的夹杂问题,对于稳定生产具有重要意义。
  不久,他调到中科院物理研究所工作。当时,办公室里只有可怜的一张桌子和一把椅子。他凭借自身多年建设实验室的经验,在锻工房旁找到一间被废弃的老焊工房,经过整修以后建成了200多平方米的实验大厅。而基础设备是新乡科仪厂支援的一批因转轨而退下的装备。就这样,他靠“修旧利废”起家,在所里的重视和支持下,在很短的时间里建成了现代化材料物理实验室,许多国内外专家在参观时都赞叹不已。
  此外,值得一提的是,他在国产DX-3A型扫描电子显微镜上通过自制的“加热工作台”来研究合金熔化过程和凝固过程。上世纪80年代,来国参观的前苏联科学院副院长奥西比扬,站在这台“落后”的扫描电子显微镜前,仔细地端详熔化微观过程,久久不愿离去。奥西比扬表示,他曾经到过全苏联和其他许多国家的同类实验室,做这样的研究我还是第一次见到,这是在凝聚态物理领域中很值得研究的课题。
  长期以来,陈熙琛从事铸造技术和材料物理领域的科研和教学工作,是我国铸铁石墨球化理论与技术、合金熔体结构与性质、金属凝固过程控制和空间材料科学等研究方向的开拓者和奠基人之一。多年来,他培养博士后、博士和硕士生30余人,发表学术论文230余篇,被《SCI》、《EI》等收录180余篇,曾获全国科学大会重大成果奖、中国科学院自然科学二等奖、国防科工委科学进步二等奖等重要奖项。
  在长达半个多世纪的科研历程中,陈熙琛为我国金属材料科学与工程学科的发展做出了若干具有重要意义和价值的突出贡献:
  他创立了多种先进铸造工艺和检测技术,有力地推动了我国铸造技术的发展。建国初期,他发明了“自建压力加镁法铸铁石墨球化术”,并为富拉尔基重型机械厂设计了50吨铁水压力加镁球化处理设备;他完善了球墨铸铁冷铸车轮制造的技术,并提出了相应的生产车间设计方案和“钢套镶铜”复合铸造工艺;他在国内首创了“交变磁场中熔炼和凝固技术”,成功地用旋转磁场解决了铅青铜铅偏析和铝镁合金半连续铸锭开裂,用复合变质方法解决了高强铝合金АЛ19中TiAl3偏聚等一系列关键技术环节;他研制成功我国首台微区发射光谱装置和微量样品热分析仪,并用以攻克АЦР1У高温耐热铝合金研制中的难点问题,成功地分析出铸造OXH1M炮钢中白亮点为AlN薄膜并提出减铝脱氧新工艺。
  50多年来,这些技术在铸造工业得到广泛应用,解决了重大工程中的关键技术难题,为国防工业做出了重要贡献。他的铸铁球化处理新方法获前苏联发明证书。上世纪70年代,他完成了湖北第二汽车制造厂中心实验室理化检测分析中心的改建设计方案,攻克了长期困扰二汽生产的“有芯感应电炉中熔炼铸铁白口化”、“铝活塞变质衰退及夹杂”、“汽车零件渗碳层碳分布检测新方法”、“排气阀与其杆摩擦焊缝流水线上检控”等关键技术难题。
  他建立了被国内外普遍认同的铸铁石墨球化理论,为铸铁孕育和球化处理奠定了科学基础。他通过对石墨球化机理近30年系统深入的研究,提出了能为国内外绝大多数学者认同的石墨球化理论;他首次证明了加镁球化法的机制,创立了“液淬—热分析法”,揭示出石墨球在铁水中析出及生长的全过程,从而结束了国际上长期关于“能否从液相中直接析出”的学术争论;60年代初,从微区光谱分析中,他首次发现熔体中存在着“局部浓度和温度起伏”现象,据此建立了完整的“球化—孕育”理论体系,揭示出球化孕育衰退的本质,提出瞬时孕育方法,解决了当时普遍存在的孕育退和75硅铁短缺等关键技术难题;他在扫描电镜基础上研制出了原位逐层离,创立了“位错-起伏”球化理论,并于1979年发表了有关在铁水中存在着碳大分子的判断及给出的结构模型,与晚6年后Kroto发表的C60结构相一致。
  在1960~2000年间,他的石墨球化理论被广泛收录进《铸铁熔炼》、《铸铁及其熔炼》、《铸铁》、《金属学》、《铸铁凝固及其质量控制》和《铸铁凝固及其控制技术》。论文在第48届国际铸造会议上发表后,国际铸造界公认陈熙琛是铸铁石墨球化理论的权威学者之一。
  他对液态金属结构与性质做了开拓性研究,促进了我国定向凝固和快速凝固技术的发展。他在国内率先开展液态金属结构与性质研究,创立了液态金属中存在着局部浓起伏和温度起伏理论,提出了熔体结构与金属材料凝固组织之间存在着相关性的假说,后为实验所证实并获得工业上的应用,并在有限固溶共晶系合金的固液态结构相关性研究中发现了两者间不仅存在着定性的关系,而且还存在着定量的关系。
  与此同时,他在国内较早开展定向凝固研究,发现了共晶相间的界面效应,提出控制强化形状以实现最佳强化的新技术;在国内率先制备出厘米级定向凝固Al-Cu-Fe准晶棒,为深入研究准晶结构提供了物质基础;在快速凝固研究中首次在急冷Fe-C和Fe-C-Sb合金中发现?-Fe2C相,并揭示了其晶化过程规律;采用相子应变场剖析了准晶的结构与缺陷,创立从固态到液态连续X-射线分析法,首次证实准晶在一定条件下是稳定相,其结构特征可在液相中保留,并获中科院自然科学二等奖。
  他在复合和超导材料研究中同样取得了多项创新性的成果。他提出了通过控制温度和时间将Nb颗粒复合到Al熔体中形成超导体的设想,首创了与著名“崔氏线”性能相当的Al-Nb超导线;率先开展Al-Si、Al-Ge和Al-Si-Ge等“导体—半导体”合金的超导电性研究,发现了超导体中的“负磁阻效应”;在复合材料研究中,他采用原位反应方法成功地制备出TiC增强Fe-26Cr-Ni耐热钢和Mg2Si增强Mg-Li超轻合金,现已获工业应用。
  此外,他在国内率先开展空间材料科学研究和液态金属深过冷研究,为我国相关科技规划的制定奠定了坚实的基础。作为国家863计划航天领域首届205专家组成员,他不失时机地率先开展空间材料科学研究和液态金属深过冷研究,提出了相应的发展战略和规划,率先开展了微重力条件下偏晶合金凝固研究和液态金属中扩散过程的研究,曾兼任哈尔滨工业大学微重力研究中心主任,并于1992年受到国防科工委表彰并获国防软科技进步二等奖。
  50多年来,他始终立足于国际学术前沿,并在铸造技术和材料物理领域培养教育了一批科技新人。建国初期,他创建了《合金熔配物理化学基础》课程,为我国铸造专业教学体系建设做出重要贡献;1978年以来,他多次应邀赴美、日、英、俄、乌克兰等国讲学和作学术报告;上世纪80年代初,他倡导以“理工结合”方式(从工学硕士中招收研究生进行理学博士培养,使之具有理学的基础和工学的实践能力)培养高素质博士,并付诸实践,目前已培养了30名博士后、博士和硕士,其中不少人已成为颇有建树的专家、学者。
  让人敬佩不已的是,陈熙琛工作起来不知疲倦。10余年前,他患了脑梗塞,病愈后继续与俄罗斯科研机构和乌克兰科学院进行科研合作,并协助山东大学从乌克兰引进并建成了“材料熔体结构与遗传”部级重点实验室。这是该领域内国家唯一的一所重点实验室。前几年,他脑梗塞复发,行动不便,为了保持头脑清醒,锻炼大脑思维能力,他每天还在电脑前工作6-7小时,总结他50年来走过的人生道路,《今日哈工大》网站有详细介绍,对青年学生启发颇深。他经常将俄文歌曲译成中文,中文歌曲译成俄文(如橄榄树),用电子邮件发给同学和校友,与他人分享快乐的人生。这就是陈熙琛院士,一位从哈工大走出的铸造和材料物理学家。