院士助力兩彈一星事業,破解世界難題,受國務院邀請登上天安門

2021-01-13 中國教育那些事

他,輾轉求學,15歲考入大學,成為全校年紀最小的學生;他,精忠報國,屢次攻克科技難題,為我國"兩彈一星"事業立下汗馬功勞;他,矢志不渝,85歲高齡仍堅守科研一線,將"材料報國,追求第一"作為自己一生的信條。他,就是中國科學院院士,北京科技大學葛昌純教授。

葛昌純,中共黨員,1949年考入國立唐山工學院(即唐山交通大學)礦冶系。1985年起在北京科技大學從事研究和教學工作,晉升為教授、博士生導師。2001年入選中國科學院院士。

家道中落,輾轉求學

1934年,葛昌純出生在浙江平湖葛氏大宅中。他的父親葛嗣浵曾興辦"稚川中學",以新式教育惠及鄉鄰。本應在平湖長大、接受傳統教育的葛昌純的命運卻因為日本的侵華戰爭而徹底改變,父親也在戰爭中病故。

1937年,母親帶著葛昌純兄姐弟三人避難滬上。家徒四壁,舉目無親的他們生活極其艱辛,母親靠做零工撫養他和兄姐。因居無定所,不停搬家,葛昌純先後輾轉了4所學校才完成了小學課程。

但葛昌純並未讓母親失望。1946年,他憑藉其優異成績考入南洋模範中學,並以第一名的成績,成功考入當時錄取率為100:1的"省立上海中學"。高中時,為了補貼家用,他選擇提前高考,並一舉成功,被唐山交通大學錄取。於是,15歲的葛昌純踏上了北上求學之路,成為全校年紀最小的學生。

天降大任,精忠報國

不論是製造原子彈、氫彈、核潛艇還是核反應堆都需要用鈾-235,但鈾-235在天然鈾中的含量只有0.7%,要使鈾-235濃縮,必須採用當時唯一已工業化的氣體擴散法。然而,赫魯雪夫卻在此時單方撕毀中蘇協議,斷絕供應用於氣體擴散法生產濃縮鈾235的核心元件——分離膜。在此形勢下,中央於1960年4月向冶金部鋼鐵研究總院下達"乙種分離膜研製和生產"的緊急任務。年僅26歲的葛昌純被任命為這項任務的專題負責人。

1962年,鋼鐵研究院粉末冶金研究室部分人員合照/葛昌純:一排左起第三位

在當時,分離膜被蘇聯稱為"社會主義陣營安全之心臟",其技術資料只掌握在英國、美國、蘇聯三個核大國手中。在一無資料、二無經驗、三無設備的艱難情況下,葛昌純抓的第一件事就是調查研究。由於三個核大國有關分離膜的技術資料是絕密的,他只能查到1958年在日內瓦召開的國際和平利用原子能會議論文集和法、德、日的個別專利。葛昌純並沒有放棄,而是繼續研究,一邊攻克語言難關,一邊突破技術難題,憑藉這種刻苦勤奮的精神,葛昌純不僅掌握了德、法、日等多國語言的閱讀能力,還推導出了關於雙層分離膜特性參數與結構參數之間的關係式,以及兩層參數之間的搭配關係式,為複合分離膜的研製奠定了理論基礎。

如何將細粉均勻定量地塗覆在底材上是複合分離膜製備中的一個關鍵問題。葛昌純試圖將高壓靜電技術運用在上粉上。然而,由於金屬細粉在電場中的自燃,實驗均以失敗告終。葛昌純沒有認輸,他和其他成員一起,通過潛心研究,刻苦鑽研,成功解決了在高壓電場中超細磁性合金自燃和均勻微量布料的難題。當聶榮臻元帥專程來鋼研院考察時,握著葛昌純由於工作而漆黑的雙手表示祝賀與感謝。

橫亙在專題組面前的最後一個難關是防腐蝕處理。被派至電化學組兼任組長的葛昌純首先用幾個晚上學習掌握了兩厚本電化學書的主要內容,然後和吳幼林一起反覆實驗。按一般電化學理論,在恆電位區處理一段時間就能生成緻密的膜,但總過不了腐蝕關,一般認為過鈍化區是禁區,在該區處理會大量冒泡形成疏鬆多孔、不耐腐蝕的厚膜。但葛昌純大膽設想能否經過禁區處理後再回到恆電位區,使疏鬆厚膜滲復上緻密薄膜,形成又厚又緻密的能耐腐蝕的膜呢?隨後,實驗證明了他的正確性。

1966年,葛昌純被邀請至天安門城樓觀禮

1964年,經過無數次的計算、實驗和總結,葛昌純帶領團隊提前完成了國家急需的"乙種分離膜"研製任務。1966年國慶,將一生中最寶貴的青春年華獻給了"兩彈一星"崇高事業的葛昌純被國務院邀請登上天安門城樓觀禮,這項技術也分別於1980年和1985年收穫全國科學大會獎和國家發明獎一等獎。

矢志不渝,開拓創新

1980年,葛昌純獲得了德國洪堡基金會的研究獎學金,前往德國Max—Planck材料科學研究所和柏林工業大學非金屬材料研究所,從事粉末冶金和先進陶瓷研究。1982年,應柏林工大非金屬材料研究所Hans Hausner教授邀請,葛昌純投身氮化矽基陶瓷研究,成功解決了在用氧化物助燒劑會導致氮化矽在高溫時的強度顯著下降這樣一個世界性的難題,Werner Schatt教授力邀葛昌純赴德勒斯登工大申請博士學位。1983年3月,葛昌純順利完成論文答辯,獲得材料技術工學博士學位,成為自1960年中蘇關係破裂後第一位獲得民主德國博士學位的中國學者。

畢業之際,在德期間的導師、國際傑出粉末冶金專家Werner Schatt教授向他發出熱情邀請,挽留他在德國參與他的燒結理論研究,但一想到國家當下的情況,葛昌純決定早日回國,力爭在我國創建一個世界一流水平的粉末冶金和先進陶瓷研究所。

1982年,葛昌純與博士導師Werner Schatt教授及其夫人

1986年,葛昌純作為引進人才調入北京鋼鐵學院(今北京科技大學)工作。1990年,他在學校粉末冶金教研室建起了一間條件簡陋的實驗室,創建了中國第一個"特種陶瓷粉末冶金研究室"。研究室很快就作出了成績:開發出ST新型陶瓷刀片,並實現了產業化,該成果被國家科委評為1990年國家級新產品。

然而,先進陶瓷僅僅是葛昌純"材料王國"裡的一部分。他在總結自己的學術歷程時常說:"我的前半生獻給了中國的核裂變事業,而我的後半生主要獻給了中國的核聚變、核裂變事業和新興能源材料事業。"

1996年,葛昌純向國家有關部門提交了研製"耐高溫等離子體衝刷的功能梯度材料"的建議書,用"功能梯度材料"的設計概念和三種工藝,製作面向等離子體材料。第二年4月,他的申報材料獲批國家"863"計劃項目。經過三年研究,葛昌純團隊開發出六種第一壁候選材料,其中五種在國際上尚未見報導。此項成果獲2008年中國材料研究學會科學技術獎二等獎。

在中國加入ITER後,葛昌純領導團隊深入開展鎢基第一壁和偏濾器材料(PFM)的製備研究;在"973"項目"超臨界水裂變堆的應用基礎研究"立題後,他的團隊負責裂變堆關鍵材料研究,取得一系列創新成果。2011年在第15屆國際核聚變反應堆材料大會(ICFRM-15)上,葛昌純組織中國代表團成功獲得ICFRM-16的主辦權。這是我國首次申辦成功核聚變堆材料領域最高級別會議,表明國際同行對我國核聚變材料研究的肯定,也奠定了葛昌純及其核材料研究團隊在國內外核聚變材料領域的重要學術地位。

此外,葛昌純院士在粉末冶金領域也作出了開創性的貢獻:建立起我國第一個納米材料實驗室並研製成功一系列納米粉末和納米材料;對我國還原鐵粉生產進行了全面技術改造,研製和生產成功質量達到國際先進水平的二次還原鐵粉,為武鋼建立我國第一個還原鐵粉基地奠定了基礎;在國內首先研製成功全密度、無偏析、使用壽命為熔煉高速鋼3~7倍的粉冶高速鋼FT15、粉末鍛造FP18插齒刀和噴射成形FP9V模具與軋輥,建立起我國第一個粉末高速鋼中試基地;分別與北京特鋼、雅安機器廠合作建立起我國第一臺預應力鋼絲纏繞熱等靜壓機和第一臺雙2000(2000℃、2000atm)熱等靜壓機……

每天,葛昌純的學生們都能看到他在辦公室伏案工作的身影,還經常加班到深夜。他說,雖然他和他的團隊取得了一些成績,但他們也深知中國的材料水平和發達國家還有一定差距。因此,一定要以只爭朝夕的精神努力趕上,實現現代化,實現民族復興的基礎。

素材來源:北京科技大學

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