第七章 悠远的探寻之路 “材料之父”师昌绪

1951年9月，美国司法部发出一道让中国留学生极为愤慨的禁令，明令学习理工医学科的中国留学生不得离开美国回到“红色中国”。如果违反或企图离开美国，就要判处5年徒刑或5000美元的罚款，甚至还要二者一并实施。他们还公布了严禁回国的35名中国学者名单，其中就有后来成为中国“材料之父”的师昌绪。

师昌绪（1920—2014），出生于徐水大营村一个书香门第，伯祖父是前清进士，父亲是前清秀才。师昌绪小学毕业后考入保定师范学校。1937年抗日战争全面爆发后，他随家人流亡河南，进入豫西淅川国立第一中学。1941年毕业后，考入国立西北工学院矿冶系，因为学习成绩优异，成为全校5名“林森奖学金”获得者之一。毕业后被保送到资源委员会四川綦江电化冶炼厂，1947年转到鞍山钢铁有限公司工作。1948年8月赴美国留学，进入密苏里大学矿冶学院学习，第二年5月获硕士学位，并获麦格劳·希尔奖。1950年进入欧特丹大学任研究助教，同时攻读博士学位。

新中国成立后，北洋大学聘他回国任教。因为抗美援朝战争爆发，美国政府禁止中国留学生和专家回国，师昌绪只好进入麻省理工学院，在金属学家科恩教授指导下从事研究工作。在这段时间，师昌绪和另外两个同学买了滚筒油印机，秘密印制写给美国当局和联合国的两千多封公开信，不屈不挠地进行了三年斗争。最后他与张兴钤、李恒德等人组织有志回国的留学生，联名写信给周恩来总理，表达要求回国的强烈愿望。这封信成为中国政府在1954年5月日内瓦会议上抗议美国无理阻挠中国留学生回国的依据，后来经过中美大使级华沙会议，为中国留美学生回国打开了大门。1955年春，美国公布了76位中国留学生回国名单，师昌绪是其中一个。回国前，导师科恩问师昌绪：为什么回国？是不是嫌工资少，还是地位低？师昌绪回答说：我是中国人，在美国像我这样的人多得很，在中国像我这样的人却很少，很需要。1955年，师昌绪乘坐克利夫兰总统号轮船离开旧金山，回到祖国。

“北京、上海，这两个地方任你选。”1955年6月，中科院技术科学部主任严济慈对刚从美国回来的师昌绪说。但是，这位35岁的洋博士却选择了沈阳，因为中科院金属所在那里。他发誓要用自己的知识，为祖国富强插上腾飞的翅膀！师昌绪对新事物非常敏感，凭着惊人的学识，敢想敢做，并且说得到、做得到。从1957年起师昌绪一方面带领金属所小分队常驻抚顺钢厂，参加由冶金部主持的航空发动机的关键材料——高温合金联合攻关活动，同钢铁研究院、航空材料所有关人员一道，解决了中国最早试制开发的高温合金的质量问题，接着又对其他高温合金展开试制工作。另一方面，在所内进行一系列研究与开发工作，利用金属所1957年进口的真空感应炉，在中国率先进行铸造高温合金的研究。1958年，他与姚汉武开发的不含镍的奥氏体耐蚀钢，用在尿素工业设备上，具有优异的抗腐蚀性，经中小型尿素厂推广后获得好评。为了研究这种钢在尿素生产过程中，在缺氧条件下仍然具有优异耐蚀性机理，他们设计制造了一套在线测试电化学的精密装置，安装在南京化肥厂，并探明了耐腐蚀的原因。师昌绪多次在现场解决冶炼、热加工等问题，为铬锰氮钢的研制和生产打下了良好基础。师昌绪与李有柯等还开发了铬锰氮系耐热钢和无磁铬锰氮系高强度不锈钢，前者用于工业炉，后者用作潜艇桅杆。

师昌绪似乎有使不完的劲儿，吃饭时看书记笔记，睡觉时身边也放着图纸和笔。在他的主持下，1959年又研制出一种不含钴而其性能达到国际水平的镍基铸造涡轮叶片高温合金。镍、铬是高温合金及合金钢常用的金属元素，当时中国稀缺，国外对中国进口实行禁运政策，使得中国在发展高温合金及合金钢等关键材料方面十分艰难。针对这种情况，师昌绪提出了“以铁基代镍基高温合金及发展不含或少含镍铬的合金钢”的倡议。他利用中国丰富的稀土资源，开展了“稀土在镍基高温合金中的作用”的研究，并与抚顺钢厂合作率先开发了一种铁基高温合金，这种合金的屈服强度高，并可在700℃高温下长期工作，处于当时国际先进水平，代替了用量很大的镍基合金，作为航空发动机的关键部件——涡轮盘投入批量生产，装备了数以千计的发动机，在发展中国铁基高温合金的冶炼、压力加工、拉削与切削等工艺上作出了重要贡献。

1964年，中国的新型战斗机设计出来了，就差发动机的耐高温高压空心涡轮叶片。此前，只有美国能铸造这种空心涡轮叶片。参加该项课题组的人，包括师昌绪在内，谁都没见过这种多孔叶片，更不要说制造。大多数人认为，想要研制出这种被美国严格封锁的技术，就像一步登天。师昌绪却劝大家说：“美国做出来了，我们怎么做不出来，中国人不比美国人笨，只要肯做，就一定能做出来。”他毫不犹豫地接受了这项“不可能完成”的任务。

研制过程中，他们遇到许多技术难题，制造这种多孔叶片，要在近100毫米长的叶身中，均匀地排列粗细不等的9个小孔，最细的直径仅08毫米，而在侧面进气口处还要有一个弯角。这种空心叶片比美国生产的那种从底部进气的短叶片型芯制作工艺要难得多。究竟采用何种材料制作型芯，查阅了许多资料也没有得到解决。成功总是青睐那些有准备的人，此时，他们从一本美国杂志上刊登的一幅出售不同规格的细石英管的广告中得到启示，决定采用石英管做型芯材料，经过试验取得突破性进展。此外，在型芯定位、造型、浇注、脱芯、壁厚测量以及断芯的无损检测方法上作了细致的研究。仅用一年多时间，中国第一代铸造多孔空心叶片在金属所实验室诞生了。经过“吹风”试验与发动机厂试车，证实空心叶片比实心叶片的表面温度降低了100℃以上，满足了设计要求。1965年空心叶片研制成功，使中国成为继美国之后第二个采用精铸气冷涡轮叶片的国家，仅比美国晚5年。直到90年代，中国主要歼击机发动机仍采用该工艺制作涡轮叶片，而且向国外大量出口。

70年代初，师昌绪等与无锡动力厂合作，承担了中国第一代耐热腐蚀合金制作大型涡轮叶片的研制，并用于南京汽轮机组。师昌绪在从事航空用、民用高温合金研究开发的同时，在新型高合金钢方面也同样进行了大量研究开发工作。1972年，在他指导下，金属所建立了低周疲劳，周期持久，振动载荷持久，有平均应力的疲劳等项测试技术，为高温合金在接近使用条件下的力学性能的测试开辟了新领域。他重视基础研究工作，并注意把基础研究成果用于新材料的发展。结合铸造合金，他提倡金属的凝固过程的研究，在这种思想指导下，1979年至1985年，朱耀霄等开展关于“微量元素在高温合金凝固过程中的行为”的研究，在国际上首先发现了某些微量元素对高温合金中合金元素的偏析作用，从而发展出四种低偏析镍基铸造高温合金，为中国航空工业和工业燃气轮机的发展作出了贡献。也是在他的倡导下，中国科技工作者发现通过对磷、硅等微量元素含量的有效控制，可以减少合金元素的偏析。这一发现使铸造高温合金的工作温度提高了20~25℃，而之前世界上每一次理论创新最多也只能把温度提高5℃。1998年，这一成果被国际实用材料创新会议授予创新奖，是全世界12个获奖项目之一。

1955年以来，师昌绪用他执着的脚步在他挚爱的大地上奋斗了50多个年头，成为中国著名物理冶金家、材料科学家、战略科学家、中国科学院院士、中国工程院院士、第三世界科学院院士。2010年1月14日上午，国家科学技术奖励大会在北京举行，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席胡锦涛向获奖者颁发了奖励证书，师昌绪院士获得2010年度国家最高科学技术奖。