柯俊院士與金屬物理
轉(zhuǎn)自科史文苑 金屬物理學(xué)是研究金屬和合金結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的科學(xué)，既是金屬學(xué)在微觀領(lǐng)域的進(jìn)一步深入，也是以金屬和合金為對象的固體物理學(xué)的一個分支。20世紀(jì)50年代以后，電子顯微鏡的使用、多種能譜技術(shù)、電子的非彈性散射等實驗方法為金屬物理的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)?？驴∈侵袊饘傥锢韺I(yè)的奠基人，其學(xué)術(shù)成長及后期的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)與他早期的留學(xué)經(jīng)歷密切相關(guān)。 一、留英十年 英國，是近代工業(yè)革命的發(fā)源地，在當(dāng)時有著雄厚的國力和科研實力。1944年英國化學(xué)工業(yè)公司提供給經(jīng)濟(jì)部6個去英國學(xué)習(xí)的名額，柯俊如愿以償，到英國伯明翰大學(xué)理論金屬學(xué)系學(xué)習(xí)。 柯俊的導(dǎo)師是當(dāng)時著名的金屬學(xué)家漢森（Daniel Hanson）教授，他是英國第一代研究金屬物理的科學(xué)家，是英國國家物理實驗室的創(chuàng)始人，他與夫人一起進(jìn)行的鐵鎳合金的研究成果在英國的鋼鐵研究史上功勛卓著。而柯俊是漢森教授招收的最后一名親自指導(dǎo)的研究生。漢森教授對科學(xué)求真求實的精神和踏實勤奮的態(tài)度深深地影響了柯俊日后的科研之路。 1945年柯俊在英國伯明翰大學(xué)校徽前 1948年柯俊在英國伯明翰大學(xué)理論金屬學(xué)系與同事們一起研討系務(wù) （右起Robert Cahn，時任講師，后為劍橋大學(xué)教授、英國皇家學(xué)會會員、法國巴黎大學(xué)教授、中國科學(xué)院外籍院士；Tsun Ko；柯俊，時任講師；Alan Cottrell, 時任講師，后任劍橋大學(xué)材料及冶金系系主任、副校長、英國皇家學(xué)會會員、英國政府材料總顧問、授爵士勛；Tommy Wright，時任高級講師） 2001年柯俊再訪英國專程去導(dǎo)師漢森教授墓前緬懷 柯俊在研究生的第一年，選擇“銅的再結(jié)晶”作為研究課題，隨后研究“低碳鋼在焊接時的變化”課題。1946年到1947年，他先后擔(dān)任了英國焊接研究所研究員、英國鋼鐵研究協(xié)會助理等職務(wù)。同時還參加并負(fù)責(zé)相變動力學(xué)研究組，從事合金相變機(jī)理的研究工作。 柯俊接受了英國鋼鐵協(xié)會下達(dá)給漢森教授的科研課題，闡明鋼中產(chǎn)生過熱和過燒的理論機(jī)制。他通過簡單的金相方法，證明了硫化錳在高溫加熱時可以在鋼中溶解，冷卻時在晶界或某個晶面上析出，導(dǎo)致脆化。 柯俊的博士論文題目是“貝茵體的切變機(jī)制”，1948年12月獲得英國伯明翰大學(xué)自然哲學(xué)博士學(xué)位，后留校任教。1951年，柯俊獲得終身講師任命。 1948年攝于英國伯明翰大學(xué)博士畢業(yè)典禮后 自1950年起，他發(fā)表了與博士論文相關(guān)的文章多篇，主要包括：1950年與導(dǎo)師D．Hanson在 Journal of Iron and Steel Institute上發(fā)表文章“Grain boundary phenomenain severely heated steel”，1951與J．A．Wheeler，V．Kondic，在同一期刊上發(fā)表文章“Effect of Initial HeatingTemperature on the Mechanical Properties of Ni-Cr-Mo Steels ”，1952與A. Cottrell在同一期刊上發(fā)表文章“The Formation of Bainite”，此文被師昌緒先生稱為“不朽之作”。 1951-1952年英國伯明翰大學(xué)冶金學(xué)會全體會員合影，前排右起第6人是柯俊 二、創(chuàng)建金屬物理專業(yè) 柯俊銘記漢森教授的臨別贈言，“回國后搞科研就去研究所，辦教育要到高等學(xué)校。前者輕車熟路，深入一點就容易出成果；后者辛勤耕耘，但是桃李滿天下，影響更大?！笨驴〕浞终J(rèn)識到鋼鐵工業(yè)對于新中國建設(shè)的重要性，1954年4月夫妻二人到北京鋼鐵工業(yè)學(xué)院報到，開始了執(zhí)鞭教學(xué)、辛勤耕耘的教師生涯。他在金相及熱處理教研組擔(dān)任教授，為金相熱處理專業(yè)講金屬物理課，教會老師和學(xué)生使用金相實驗室中進(jìn)口的蔡斯光學(xué)顯微鏡，指導(dǎo)相55、相56級學(xué)生作畢業(yè)設(shè)計等。 1955年，柯俊被任命為新成立的物理化學(xué)系主任。北京鋼鐵工業(yè)學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)們審時度勢，同意了柯俊建立金屬物理專業(yè)的建議，并授權(quán)他負(fù)責(zé)籌備事宜。金相教研組內(nèi)成立了由柯俊、張興鈐、方正知、謝逸凡、蔡美良等參加的金屬物理小組，開始著手籌建金屬物理專業(yè)。 1956年6月，學(xué)校正式批準(zhǔn)成立金屬物理教研組，9月第一批金屬物理專業(yè)學(xué)生入學(xué)。北京鋼鐵工業(yè)學(xué)院金屬物理專業(yè)是世界第二個、中國的第一個金屬物理專業(yè)，為后來全國金屬物理專業(yè)的建立提供了范例。如柯俊應(yīng)葉企孫教授之邀，為北京大學(xué)物理系金屬物理專業(yè)授課，擔(dān)任金屬物理教研室主任。 為了提高從事金屬學(xué)及金屬物理專業(yè)教學(xué)人員的業(yè)務(wù)水平，自1956年開始，柯俊組織了系列專題報告會。被約請的知名學(xué)者有林蘭英、王大珩、師昌緒、錢臨照、彭桓武、李蔭遠(yuǎn)、劉益煥等。報告內(nèi)容包括了金屬的范性形變、相變、位錯、組織結(jié)構(gòu)等，聽眾踴躍，效果非常好。 當(dāng)時，金屬物理教研組面臨的首要任務(wù)就是為首屆（61屆）學(xué)生開設(shè)專業(yè)課。但初創(chuàng)的金屬物理專業(yè)既無教學(xué)大綱可循，也無教材可用。在這種情形下，柯俊、張興鈐、肖紀(jì)美、方正知四位教授迎難而上，分別負(fù)責(zé)金屬物理各主要領(lǐng)域的教學(xué)工作，參考國際上的研究方向，總結(jié)國際上的最新成果，結(jié)合我國的實際國情，開始授課。為了彌補(bǔ)金屬物理專業(yè)教材與實驗指導(dǎo)書的匱乏，柯俊花費(fèi)了大量的心血來翻譯1951年由蘇聯(lián)莫斯科鋼鐵學(xué)院編撰的《鋼鐵及非鐵金屬合金金相圖片集》，該金相圖片集于1956年5月由科學(xué)出版社出版。 由于名師薈萃，北京鋼鐵學(xué)院的金屬物理專業(yè)走在全國前列，于1981年成為首批博士點，1988年成為國家教委頒布的首批國家重點學(xué)科。 柯俊翻譯的《鋼鐵及非鐵金屬合金金相圖片集》 上世紀(jì)50年代末攝于理化樓前 李恒德（左一），肖紀(jì)美（左二）、柯?。ㄗ笕?、方正知（右三）、高詒善（右四） 1960年長春全國第一次固體物理會議 柯?。ㄓ叶?、錢臨照（右四） 1970年代柯俊給干部講課現(xiàn)場 改革開放后，柯俊等把國內(nèi)外材料領(lǐng)域最著名的科學(xué)家邀請到北京鋼鐵學(xué)院交流并講學(xué)，并聘請一些科學(xué)家為北京鋼鐵學(xué)院名譽(yù)教授，如英國牛津大學(xué)Hirsch教授和Christian教授、美國Cohen教授和Thomas教授、德國Hassen教授和Dahl教授，瑞典Hiller教授，加拿大Purdy 和 Piercy教授，日本橋本初次郎教授等。 1983年在柯俊的大力邀請下，加拿大McMaster大學(xué)Piercy教授以客座教授身份，為金屬物理專業(yè)研究生用英語講授《晶體缺陷》一個學(xué)期?？驴∠Ｍ凑赵诩幽么笾v課的內(nèi)容和方法進(jìn)行教學(xué)。 柯俊還邀請了國內(nèi)許多相關(guān)院所的著名學(xué)者擔(dān)任兼職教授，指導(dǎo)、培養(yǎng)碩士和博士研究生，如郭可信、錢臨照、李方華等，他們都是相關(guān)領(lǐng)域的先驅(qū)或領(lǐng)軍人物，在國際上很有威望。 在學(xué)校的支持下，著眼于學(xué)科的長足發(fā)展，柯俊先后推薦并派出陳難先（美國）、周政謙（英國）、吳杏芳（美國、英國）、平云（英國）、柳得櫓（加拿大、日本）、王蓉（瑞典、澳大利亞）、朱逢吾（德國）、王佩璇（加拿大）、魏鎏英（瑞典）、陳清（英國）、孫永謙（英國）、宋志毅（日本）、宋明輝（日本）、陸致龍（日本）等青年教師和研究生到英國牛津大學(xué)、英國劍橋大學(xué)、美國加州大學(xué)伯克利分校、加拿大麥克馬斯特大學(xué)、瑞典查爾斯默斯工業(yè)大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)和日本岡山理科大學(xué)等著名學(xué)府，以訪問學(xué)者或博士生聯(lián)合培養(yǎng)的方式，進(jìn)行電鏡科研和材料學(xué)方面的科研和學(xué)習(xí)，使得我國電子顯微鏡科研與教學(xué)水平迅速與世界接軌。 1980年新當(dāng)選中國科學(xué)院學(xué)部委員的三位北京鋼鐵學(xué)院教授 魏壽昆（左）、柯?。ㄓ遥?、肖紀(jì)美（中） 1983年柯俊與金屬物理專業(yè)研究生討論問題 2006年慶賀柯俊院士九十華誕暨北京科技大學(xué)材料物理與化學(xué)系創(chuàng)建50周年大會 三、提出貝氏體相變切變理論 上世紀(jì)50年代以前，國際金屬學(xué)界都認(rèn)為貝茵體（現(xiàn)在一般稱之為貝氏體）轉(zhuǎn)變是由鋼中的原子擴(kuò)散控制的，擴(kuò)散學(xué)派成為當(dāng)時解釋這一現(xiàn)象的主流學(xué)派。1951年，柯俊在研究的過程中首次發(fā)現(xiàn)并提出鋼在固溶體分解發(fā)生相變時貝茵體轉(zhuǎn)變的切變位移機(jī)制，證明其是與珠光體、馬氏體不同的相變，建立了貝氏體相變切變理論。這一突破性成果在國際上引起了極大的反響，并逐漸形成了全世界對這一現(xiàn)象研究的主流學(xué)派——切變學(xué)派，已得到英國劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)、美國伊利諾伊大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)，以及歐洲、日本等金屬材料科學(xué)學(xué)者們的認(rèn)可。 柯俊在貝氏體研究上所做出杰出貢獻(xiàn)得到充分肯定，歐共體1966年出版（英、德、法文）的由A. Schrader和A. Ros主編的De Ferri Metallographia一書第二卷“Fundementals of Metallogaphia”中，把鋼中切變機(jī)制生成的無碳貝茵體稱成“柯氏貝茵體”，其本人也被以Cohen教授為首的許多國外同行稱為Mr.Bain（貝茵體先生）。 回國后，柯俊從未間斷對合金中貝茵體相變機(jī)理的深入研究，1954年至1956年間，多次發(fā)表論文。1957年柯俊“關(guān)于奧氏體共格性的轉(zhuǎn)變機(jī)構(gòu)”項目獲中國科學(xué)院頒發(fā)1956年度科學(xué)獎金（自然科學(xué)部分）三等獎，由中國科學(xué)院授予中國科學(xué)院科學(xué)獎?wù)?、獎狀、獎金。這是北京鋼鐵工業(yè)學(xué)院建校以來的第一個國家級科研獎。 1984年５月24日，鑒于在相變理論及促進(jìn)中國和加拿大科技文化交流上做出的重要貢獻(xiàn)，加拿大麥克麻斯特大學(xué)授予他榮譽(yù)理學(xué)博士稱號 1988年柯?。ㄇ芭抛笕┰谇迦A大學(xué)參加基金重點項目“貝氏體相變機(jī)理”研討會 師昌緒（前排左四）、李恒德（前排右三）院士等同時參加 四、發(fā)展馬氏體相變動力學(xué) 20世紀(jì)50年代，柯俊首次觀察到鋼中馬氏體形成時基體的形變及其對馬氏體長大的阻礙作用，提出了“奧氏體中不均勻性和原子簇的形成和存在，將會影響馬氏體的生核和長大”的假說。隨后，柯俊與陳夢謫合作研究了“高速鋼奧氏體化淬火過程緩冷時的穩(wěn)定化和高溫加熱促化之間的相互關(guān)系”，研究結(jié)果證明了他所提出假說的正確性。1959年這一論述在蘇聯(lián)《金屬學(xué)及金屬物理》雜志發(fā)表，并且得到著名物理學(xué)家薩道夫斯基的認(rèn)可和高度評價。 80年代，柯俊在這一假說的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)吳杏芳、陳奇志等進(jìn)一步研究了“含微量釩碳的鐵鎳合金中蝶狀馬氏體的相變”，證明在適當(dāng)條件下形成的具有特殊形狀和一定分布規(guī)律的蝶狀的馬氏體是原子簇及其自促發(fā)效應(yīng)的結(jié)果。他指導(dǎo)柳得櫓及研究生，利用薄膜觀察證明消除約束后相變的不同形態(tài)。這一系列的研究成果極大地豐富了馬氏體相變理論，特別是給長期探索的馬氏體形核機(jī)制增添了新的論點和證據(jù)。 1985年柯俊與M. Cohen（麻省理工學(xué)院相變專家） 五、探索微量元素在鋼中的作用機(jī)理 1976年起，柯俊與褚幼義、賀信萊、余宗森等人開始進(jìn)一步開展硼鋼的研制，系統(tǒng)研究微量硼在鋼中作用的機(jī)理，用徑跡顯微照相技術(shù)進(jìn)行“硼在晶界非平衡偏聚的研究”。1989年“硼在鋼中的作用及硼在晶界偏聚行為的研究”項目獲國家教委科技進(jìn)步二等獎。 1983~1986年，柯俊、陳夢謫等人根據(jù)四川攀枝花礦產(chǎn)資源的特點，負(fù)責(zé)“六五”、“七五”鋼中釩、鈦研究攻關(guān)項目的課題。主要研究了微量的釩、鈦對重軌鋼、硅鋼組織及性能的影響，闡明了微量鈦在鋼中的分布，氧化鈦形成機(jī)制以及在鋼中的作用等。同時，柯俊等人還完成了對納米級析出相的萃取及鑒定方法。1992年“釩、鈦、鈮等微合金元素的低合金鋼中應(yīng)用基礎(chǔ)的研究”獲冶金部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。 1980年在杭州“材料科學(xué)與工程課題規(guī)劃會議”合影 （左起：賀信萊、柯俊、褚幼義） 北京京豐賓館第一屆中國材料研討會 柯俊（中）與李依依（左）、顏鳴皋（右）院士合影 六、開創(chuàng)超級鋼研究 1996年5月，柯俊親自寫了一篇《駁鋼鐵工業(yè)是夕陽工業(yè)》的報告，送給冶金部部長。1996年10月由冶金工業(yè)部申報“國家攀登計劃B類項目建議書”，課題名稱：“新一代微合金高強(qiáng)高韌鋼的基礎(chǔ)研究”。建議人為：師昌緒、邵象華、柯俊、肖紀(jì)美、劉嘉禾、王崇愚和殷瑞鈺。北京科技大學(xué)由柯俊和孫祖慶負(fù)責(zé)“相變和缺陷結(jié)構(gòu)控制為重點的物理金屬學(xué)基礎(chǔ)研究”。 2000年10月至2003年9月，柯俊指導(dǎo)北京科技大學(xué)的973項目組抽出人員成立了一個專題組：新一代鋼的薄板坯連鑄連軋工藝基礎(chǔ)研究及材料性能特征研究。主要成員有：柯俊、柳得櫓、傅杰、康永林等以及研究生若干人，與廣州珠江鋼廠進(jìn)行合作研究，實行了老中青結(jié)合、跨專業(yè)結(jié)合以及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的研究路線。 2003年，“鋼的組織性能綜合控制理論及應(yīng)用—薄板坯連鑄連軋工藝基礎(chǔ)及材料性能特征研究”獲中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展獎。2004年2月10日，柯俊作為第4 完成人，項目獲教育部一等獎。 1999年柯俊與參加鋼鐵年會的張壽榮（左一）、殷瑞鈺（右二）等代表合影 2000年柯俊參加先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)國家工程研究中心組建大會 暨中聯(lián)先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)有限責(zé)任公司成立大會時與徐匡迪交談 2003年薄板坯連鑄連軋工藝基礎(chǔ)及材料性能特征研究項目鑒定會 前排左起：王天民（北航）、黃孝瑛、李依依、殷瑞鈺、張壽榮、柯俊 后排左起：于浩、周德光、李烈軍、康永林、傅杰、柳得櫓、王元立、霍向東 七、培養(yǎng)電子顯微鏡人才 1958年，我國歷史上第一批國產(chǎn)透射電鏡——南京江南光學(xué)儀器廠研制的DX－3型電鏡問世，北京鋼鐵學(xué)院購置了一臺。與原有的真空噴鍍儀一起，成為金屬物理研究教研組電鏡室的基本設(shè)備，為金屬物理專業(yè)取得豐厚的科研成果做出了很大貢獻(xiàn)。 1964年，北京鋼鐵學(xué)院得到當(dāng)時冶金部科技司的大力支持，購置了一臺透射電鏡（捷克產(chǎn)的Tesla413型）與一臺掃描電鏡（英國劍橋產(chǎn)的S—250型），兩臺電鏡分別于1968年和1972年從國外運(yùn)抵北京并順利安裝運(yùn)行，為廣大師生的科研教學(xué)創(chuàng)造了條件。 1980年，為了更廣泛地開展學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)我國電子顯微學(xué)及其應(yīng)用水平的提高，在錢臨照、郭可信等人的倡議下，中國電子顯微鏡學(xué)會成立，柯俊擔(dān)任副理事長。他和郭可信一起主持過多次國內(nèi)國際電子顯微學(xué)學(xué)術(shù)會議。1980年中國電鏡學(xué)會在四川成都召開成立大會，柯俊、郭可信與時任日本電鏡學(xué)會第27屆會長的橋本初次郎商討了中日雙邊電鏡研討會的交流方式。次年他們和日本電鏡學(xué)會第28屆會長小川和郎等人共同舉辦了“第一屆中日電子顯微學(xué)討論會”。 1984年，柯俊在日本金屬學(xué)會會長、東京大學(xué)名譽(yù)教授橋口隆吉、田岡忠美的建議下，組織了中日金屬物理及物理冶金研討會，為我國中青年學(xué)者提供了更多參與國際學(xué)術(shù)交流、學(xué)習(xí)和了解國外學(xué)術(shù)發(fā)展動態(tài)的機(jī)會，同時也促進(jìn)了中日兩國電子顯微學(xué)和材料科學(xué)工作者的合作。 1985年，柯俊、郭可信接受了時任國際電子顯微鏡學(xué)聯(lián)合會主席橋本初次郎的建議，成立了電子顯微鏡培訓(xùn)中心。培訓(xùn)中心的負(fù)責(zé)人、授課老師和實驗室輔導(dǎo)教師全部由北京鋼鐵學(xué)院金屬物理電鏡組的老師和實驗室工作人員擔(dān)任。 1986年，在郭可信的積極倡議下， JEOL公司以橋本教授的名義贈送了一臺全新的JEM100CX-Ⅱ透射電鏡以供我國培訓(xùn)電鏡人才，這臺嶄新的透射電鏡安裝在北京鋼鐵學(xué)院并投入運(yùn)行。橋本初次郎教授于1987年起連續(xù)10年在北京鋼鐵學(xué)院舉辦“橋本講座”系列報告會，向我國電鏡工作者和研究生傳授電子顯微學(xué)知識、經(jīng)驗和最新進(jìn)展。 鑒于柯俊的重要貢獻(xiàn)，1989年日本金屬學(xué)會授予他榮譽(yù)會員，中國電子顯微鏡學(xué)會授予他榮譽(yù)會員的特殊榮譽(yù)，1990年中國電子顯微鏡學(xué)會授予他第二屆“橋本初次郎獎”。1998年9月在大連召開的第十次全國電子顯微學(xué)會議上，郭可信分別向柯俊、朱靜頒發(fā)了“錢臨照獎”。 1981年接待美國加利福尼亞大學(xué)國際著名電鏡專家G.Thomas教授來訪 （右起：柯俊、章守華、Thomas、肖紀(jì)美、柳得櫓） 1986年JEOL(日本電子)贈送JEOL-100CX—II電鏡，橋本教授、柯俊及師生合影 （前排左起：肖紀(jì)美、橋本、柯?。缓笈抛笃穑簩O永謙、周政謙、呂偉、趙重力、陳夢謫） 1992年亞太地區(qū)電子顯微鏡年會柯俊主持， 右為英國牛津大學(xué)材料系主任Pitter Hirsch教授 1998年9月柯俊與中國電鏡學(xué)會的部分常務(wù)理事合影 （左起：湯雪明、柯俊、姚駿恩、褚一鳴、李方華、陳德惠、郭可信、朱靜） 半個多世紀(jì)過去了，金屬物理始終走在改革和解放思想的前沿。今天，金屬物理已發(fā)展成材料物理與化學(xué)專業(yè)，開辟了交叉學(xué)科發(fā)展的新方向，適應(yīng)了材料科學(xué)的發(fā)展趨勢，為材料學(xué)的發(fā)展注入了一股新的活力。桃李不言，下自成蹊。柯俊對此所花費(fèi)的精力和心血，所奉獻(xiàn)的激情和歲月，無怨無悔。 作者簡介： 李秀輝：北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院副教授，研究方向：冶金與材料史、文化遺產(chǎn)保護(hù)。 程瑜：北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院工程師。
