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中國科學(xué)院應(yīng)用研究與發(fā)展局高級工程師，從事金屬材料和稀土材料的研究與開發(fā)工作。曾任中科院應(yīng)用研究與發(fā)展局材料能源處長，副總工程師，中國材料研究學(xué)會(huì)副秘書長，中國薄鋼板成形技術(shù)研究會(huì)秘書長，國家稀土辦專家組成員。編寫發(fā)表多篇新材料及新能源方面科普文章和專著。中國科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員。
材料科學(xué)家李薰與英國噴火戰(zhàn)機(jī)的故事
王寧寰
2013年11月27日
李薰
1， 排名奪冠的“噴火”式戰(zhàn)斗機(jī)
2009年初，世界著名《國際航空》雜志網(wǎng)站，組織讀者投票評出對世界軍事航空發(fā)展影響巨大的戰(zhàn)機(jī)。評選的結(jié)果是，英國的“噴火”式戰(zhàn)斗機(jī)奪冠。這是一架在二戰(zhàn)時(shí)由英國設(shè)計(jì)的小型戰(zhàn)斗機(jī)，看上去很不起眼，為什么會(huì)獲此殊榮呢？
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美國航空博物館中陣列噴火式戰(zhàn)機(jī)
事情還得從二戰(zhàn)說起！
我們都知道，第二次世界大戰(zhàn)在歐洲是由希特勒德國法西斯挑起的。當(dāng)時(shí)，希特勒為了準(zhǔn)備戰(zhàn)爭，集中了大批優(yōu)秀科學(xué)家和工程師，為他研制新技術(shù)武器裝備。與此同時(shí)，希特勒還提出了一個(gè)新戰(zhàn)術(shù)，取名叫“閃電戰(zhàn)”。
所謂閃電戰(zhàn)，就是出其不意地閃電般快速出擊，快速前進(jìn)，快速解決戰(zhàn)斗。它與現(xiàn)今的“快速反應(yīng)部隊(duì)”差不多。當(dāng)時(shí)希特勒為閃電部隊(duì)配備了先進(jìn)的快速坦克、快速裝甲車、快速炮車，就連他的步兵也配備了帶斗的快速三輪摩托車，組成摩托化部隊(duì)。從而使這支部隊(duì)能真正達(dá)到閃電般快速出擊的目的。
為配合快速出擊，希特勒還命令在德國境內(nèi)修筑了大量高速公路，你們知道高速公路是誰發(fā)明的？是希特勒發(fā)明的，沒想到吧！有人說希特勒還真有點(diǎn)聰明勁。其實(shí)，凡是戰(zhàn)爭販子，大多是聰明的壞蛋。實(shí)際上，當(dāng)時(shí)希特勒發(fā)明高速公路只是為了戰(zhàn)爭的需要，并沒有想到它會(huì)為今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重大作用。
當(dāng)希特勒把戰(zhàn)爭準(zhǔn)備工作完成。一聲令下！德國法西斯的閃電部隊(duì)先后向四面八方?jīng)_了出去，很快就把歐洲大部分國家占領(lǐng)了。但是，有一個(gè)國家在海上，它沒法占領(lǐng)，那就是英國。于是希特勒命令他的空軍出動(dòng)大型轟炸機(jī)，對英國進(jìn)行狂轟濫炸，英國軍民損失慘重。
英國政府和軍民當(dāng)然要反抗，要自衛(wèi)。這時(shí)候，一批英國科學(xué)家和工程師研制了一種新型戰(zhàn)斗機(jī)，取名叫“噴火式戰(zhàn)斗機(jī)”。
英國二戰(zhàn)噴火式戰(zhàn)機(jī)與現(xiàn)代狂風(fēng)戰(zhàn)機(jī)對比
事實(shí)上，這種飛機(jī)根本就不會(huì)噴火，它只是螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)。按設(shè)計(jì)要求，這種戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身長度只有9.54米，只有現(xiàn)代狂風(fēng)式噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的一半，因而小巧靈活，快速機(jī)動(dòng)。如果真能飛上天，肯定能追上德國笨重的轟炸機(jī)，把它打下來，人們對它寄予極大的希望。
第一批飛機(jī)制造出來了，緊接著的任務(wù)就是試飛和演習(xí)。于是英國皇家空軍挑選了一批優(yōu)秀的試飛員來執(zhí)行試飛演習(xí)任務(wù)。不幸的是，在一次演習(xí)飛行中，一架噴火式戰(zhàn)斗機(jī)的螺旋槳主軸突然斷裂，飛機(jī)直沖地面，機(jī)毀人亡，駕駛員還是一位勛爵的兒子。
此事在英國政府及軍方內(nèi)部引起極大的震動(dòng)。這不僅是因?yàn)閾p失了一架飛機(jī)和一位優(yōu)秀的飛行員，更主要的是，其它飛機(jī)都不敢上天作戰(zhàn)。而德國的轟炸機(jī)仍然在日夜狂轟濫炸，企圖以它的空中優(yōu)勢來征服英國。
2，中國留學(xué)生李薰臨危受命
怎么辦？于是英國政府下令調(diào)查，要求科學(xué)家盡快尋找原因。英國一些科學(xué)家花了許多時(shí)間尋找原因，結(jié)果是眾說紛紜，拿不出確切的結(jié)論和解決辦法。此時(shí)，戰(zhàn)況越來越嚴(yán)酷，英國政府束手無策。就在這關(guān)鍵時(shí)刻，一位英國科學(xué)家推薦李薰來解決這個(gè)問題。
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盡管當(dāng)時(shí)英國有些人，對選擇一個(gè)中國留學(xué)生來干這項(xiàng)重要工作有些懷疑，但最后還是決定把解決噴火式戰(zhàn)斗機(jī)“螺旋槳軸斷裂原因的研究”任務(wù)交給了李薰。李薰接到任務(wù)后，他獨(dú)辟蹊徑，走前人未走過的路，在半年多的時(shí)間里，通過日以繼夜地反復(fù)試驗(yàn)和探索，終于找到了鋼軸斷裂的真正原因，抓住了造成飛機(jī)事故的罪魁禍?zhǔn)住撝袣湓印?
提出氫脆理論 功勞威震天下
我們知道，世界上的萬物都是由原子組成，在這些原子中，以氫原子的質(zhì)量最輕、直徑最小，在元素周期表中排名第一。使人沒想到的是它竟能鉆進(jìn)金屬中，躲在金屬中的微細(xì)缺陷中，這些微細(xì)缺陷實(shí)際上是比原子直徑大不了多少的材料陷阱或晶界縫隙。有專家稱其為“微空隙”。
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李薰在英國實(shí)驗(yàn)室
李薰在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬材料在高溫熔煉加工受熱時(shí)，氫原子就會(huì)鉆進(jìn)金屬，向某些缺陷擴(kuò)散。而當(dāng)溫度降低時(shí)，兩個(gè)以上的氫原子就會(huì)結(jié)合變?yōu)闅浞肿?，由于氫分子的體積比氫原子大許多倍，此時(shí)在缺陷中就會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，足以把小小的缺陷撐開一個(gè)小裂紋，以便釋放能量。這個(gè)小裂紋肉眼根本看不見，這樣的材料在非振動(dòng)的情況下使用，不會(huì)造成金屬斷裂事故。但是飛機(jī)螺旋槳軸是在不停的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，裂紋會(huì)因振動(dòng)而擴(kuò)大直到使鋼軸斷裂，造成機(jī)毀人亡事故。這種微小的裂紋，縱向觀察叫發(fā)紋，橫向觀察叫白點(diǎn)。所以學(xué)術(shù)上都稱之為氫致裂紋。
李薰苦心鉆研，并弄清了鋼中含氫產(chǎn)生白點(diǎn)需要孕育期和鋼中去氫的規(guī)律，解決了長期存在的問題。李薰等找出了鋼中氫含量及機(jī)械強(qiáng)度與發(fā)裂的關(guān)系，即每100克鋼中含氫達(dá)2毫升時(shí)，就能降低鋼的塑性。而當(dāng)時(shí)一般生產(chǎn)的鋼，其含氫量高達(dá)4～6毫升左右，鋼的氫脆難以避免。造成發(fā)裂的鋼含氫量一般較高，氫在鋼中的擴(kuò)散率和溶解度是鋼發(fā)裂與否的兩個(gè)重要因素。
李薰等提出一個(gè)理論，即在缺陷附近由于氫的聚集而產(chǎn)生內(nèi)壓，導(dǎo)致裂紋。此壓力的形成，則是由于高溫時(shí)原子氫向缺陷擴(kuò)散，在室溫下原子氫變?yōu)榉肿託?。這些分子氫不能擴(kuò)散，因而產(chǎn)生巨大內(nèi)壓力，使鋼發(fā)生裂紋。當(dāng)有碳化物存在時(shí)，氫與碳化物反應(yīng)形成甲烷，其壓力也足以產(chǎn)生裂紋。冷加工時(shí)伴有缺陷生成，從而增加分子氫含量，促使氫脆萌生。李薰在1942至1948年間，關(guān)于鋼中氫的研究，發(fā)表了一系列有價(jià)值的論文，為鋼中氫的研究進(jìn)一步奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，受到人們贊譽(yù)。
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英國噴火式戰(zhàn)斗機(jī)打下無數(shù)德國轟炸機(jī)
李薰通過試驗(yàn)，弄清了氫原子聚集的原因和引起裂紋的規(guī)律，提出了解決的辦法，終于使噴火式戰(zhàn)斗機(jī)重返藍(lán)天，以優(yōu)異的性能給德國法西斯空軍以沉重的打擊。
消息傳開，朝野轟動(dòng)，一位年僅27歲的中國留學(xué)生，竟能在半年多的時(shí)間里，解決如此重大的問題，不能不令人佩服?？茖W(xué)界對這位青年學(xué)者，給予極高的評價(jià)。許多留學(xué)生也紛紛祝賀李薰，要知道那個(gè)年代的中國留學(xué)生是被人看不起的，李薰用自己的科研實(shí)力證明了中國人的聰明才智，為中華民族爭了光。
李薰的研究結(jié)果被稱作“金屬氫脆理論”。它不僅解釋了歷史上一些金屬橋梁和鋼軌等金屬結(jié)構(gòu)件因振動(dòng)突然斷裂的原因，也為以后避免發(fā)生類似的事故提供了理論依據(jù)。
3，李薰獲最高學(xué)位——“科學(xué)博士”
李薰也因此而獲得英國“白朗敦”獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金。在他畢業(yè)的時(shí)侯，學(xué)校授予他通常應(yīng)得的“哲學(xué)博士”學(xué)位(英文縮寫是：Ph.D)，并留在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室從事指導(dǎo)博士生工作。后來，由于李薰出色的工作成績和在冶金學(xué)上的杰出的貢獻(xiàn)，學(xué)校又授予他極少人才能獲得的第二個(gè)博士學(xué)位：“冶金科學(xué)博士”稱號(英文縮寫是： D.met.)。
李薰獲博士學(xué)位
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在英美科學(xué)界，這是一個(gè)極高榮譽(yù)的學(xué)位。李薰當(dāng)時(shí)獲得的是冶金科學(xué)博士，而李薰所在的謝菲爾德大學(xué)，是當(dāng)時(shí)英國唯一有權(quán)授予該學(xué)位的大學(xué)，歷史上一共只有兩人獲得“冶金科學(xué)博士”稱號，一位是英國人，即李薰的導(dǎo)師，安德雷教授(Andrew J.H.)，另一位就是李薰。這可以說是中華民族的驕傲。
現(xiàn)在，在英國和歐洲提起“噴火式戰(zhàn)斗機(jī)”，人們還是津津樂道，贊不絕口。2008年世界著名的《國際航空》雜志網(wǎng)站組織讀者評出20世紀(jì)“對世界航空發(fā)展影響巨大的戰(zhàn)機(jī)”。結(jié)果排名第一的竟然是英國的“噴火式戰(zhàn)斗機(jī)”。
李薰設(shè)計(jì)的第一臺定氫儀
相片永遠(yuǎn)掛在實(shí)驗(yàn)室墻上
這不僅是因?yàn)樗鉀Q了噴火式戰(zhàn)斗機(jī)螺旋槳軸的斷裂問題，而且因?yàn)樗麆?chuàng)造的“金屬氫脆理論”正確解釋了歷史上一些金屬結(jié)構(gòu)材料破壞的原因及機(jī)理，并且為以后避免出現(xiàn)類似事故提供了理論依據(jù)。為世界材料科學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。
4，郭沫若院長發(fā)出邀請 沖破阻撓毅然回國
1949年11月1日中國科學(xué)院成立， 第一任院長郭沫若向海外著名科學(xué)家發(fā)出邀請，請他們回國組建新的研究所，或擔(dān)任學(xué)術(shù)帶頭人。當(dāng)時(shí)我國在美、英等國的留學(xué)生和已有成就的著名學(xué)者，都想回到新中國，用自己學(xué)到的知識報(bào)效祖國。
當(dāng)李薰拿到郭沫若的親筆信后，十分激動(dòng)，恨不得能馬上回國。但是，當(dāng)時(shí)極端敵視新中國的美、英帝國主義，都相繼立法，阻撓中國留學(xué)生回到新中國。李薰的導(dǎo)師也出面，勸他留在英國，并指出，現(xiàn)在中國太窮，太落后，回去很難發(fā)揮作用。但李薰回答說：正是因?yàn)槲覀儑姨F，太落后，我才應(yīng)該盡快回去，為我的祖國做出貢獻(xiàn)。李薰的話深深地打動(dòng)了他的導(dǎo)師，導(dǎo)師最后說：我理解你了，你應(yīng)該回去。
可是，有那個(gè)反動(dòng)法律卡在那里，許多同情李薰的英國人也是愛莫能助。李薰此時(shí)已經(jīng)是實(shí)驗(yàn)室主任，指導(dǎo)著近20多位博士生。其中有幾名中國留學(xué)生。于是他和這些中國留學(xué)生商量回國的辦法。最后終于抓住了英國法律上的一個(gè)條文，使事情有了轉(zhuǎn)機(jī)。
原來英美這些國家，法律多如牛毛，大小事都有法律管著。據(jù)說英國有個(gè)“公務(wù)員休假法”，規(guī)定科學(xué)家每年有兩周帶薪休假，只要你認(rèn)為自己太累了，該休假了，任何人不得阻攔。根據(jù)這個(gè)條文，李薰寫了一個(gè)出國旅游休假的申請報(bào)告。學(xué)校當(dāng)局無可奈何，只能批準(zhǔn)，但有一個(gè)條件，到英國本島以外旅游，也只準(zhǔn)在大英帝國殖民地國家范圍內(nèi)。于是李薰把旅游的最后一站，選在香港。
就這樣，李薰和他的學(xué)生與英國政府斗智斗勇，沖破阻撓，最終先后坐船一月，繞道歐洲，途經(jīng)香港，回到祖國。
李薰回國繼續(xù)從事研究工作
李薰回國繼續(xù)從事研究工作
在中科院院長郭沫若設(shè)宴招待李薰的宴會(huì)上，郭沫若建議李薰在中央剛批準(zhǔn)給科學(xué)院的用地“中關(guān)村”建立中國科學(xué)院第一個(gè)研究所——金屬研究所。事后，李薰聽說中國最大的鋼鐵基地在東北鞍山，重工業(yè)基地在沈陽，于是趕到東北考察。最后，李薰放棄北京中關(guān)村的良好條件，選擇了我國當(dāng)時(shí)的重工業(yè)基地沈陽，建立起中科院第一個(gè)材料科學(xué)研究所——中國科學(xué)院金屬研究所，為我國國民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，為我國的“兩彈一星”及航空、航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的新材料研究和應(yīng)用，做出了重大貢獻(xiàn)。
李薰與科學(xué)家在一起
李薰與科學(xué)家在一起
1971年，我國某飛機(jī)制造廠制造的國產(chǎn)仿米格15戰(zhàn)斗機(jī)試飛時(shí)因機(jī)身金屬材料框架脆斷而墜毀，影響幾百架飛機(jī)交付使用，周恩來總理和葉劍英元帥親自過問此事。李薰受命帶領(lǐng)幾位科技人員到現(xiàn)場實(shí)地考察，很快得出結(jié)論，框架斷裂原因是材料氫脆引起，并提出了改進(jìn)辦法。很快使飛機(jī)飛上藍(lán)天，為保衛(wèi)共和國的安全做出重要貢獻(xiàn)。事后在葉劍英元帥召集的會(huì)議上，周總理和葉帥均對李薰和金屬研究所的工作獎(jiǎng)勵(lì)有嘉。這項(xiàng)工作也是李薰倡導(dǎo)的中科院基礎(chǔ)研究與工業(yè)部門工程技術(shù)研究相結(jié)合的成功典范之一。
1982年，李薰被任命為中國科學(xué)院副院長。1983年初，李薰肺炎初愈，為探討中國科學(xué)院和所屬有關(guān)研究所面向冶金工業(yè)建設(shè)的新途徑，決定全面考察我國新建的冶金工業(yè)。他不顧年邁的身體，由寶山鋼鐵總廠剛回京不久，即赴攀枝花鋼鐵公司、長城鋼廠、武漢鋼鐵公司等地考察。
李薰率團(tuán)訪問印度，受到總理英迪拉.甘地夫人接待
李薰副院長視察上海寶山鋼廠
在考察中，途經(jīng)昆明時(shí)，不幸于3月30日凌晨溘然長逝，時(shí)年70歲。李薰走了，但他留下了對黨、對國的一片忠心；留下了一支精心培育的科研隊(duì)伍；留下一個(gè) 在中國材料科技界一直排名第一的金屬研究所。
李薰副院長接待外國專家
李薰副院長視察工程熱物理所
5，我們從李薰故事中可以得出幾點(diǎn)結(jié)論：
1)中國人的聰明才智一點(diǎn)不比外國人差，只要我們有足夠的努力，再有合適的條件和機(jī)遇，一定會(huì)做出世界領(lǐng)先的成果。
2)為什么說“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，李薰從事科學(xué)研究，工廠工程師從事應(yīng)用技術(shù)研究，只有科學(xué)加上技術(shù)才能形成第一生產(chǎn)力，使噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)重飛藍(lán)天。
3)從李薰的故事中可知道，材料科學(xué)對人類和社會(huì)進(jìn)步多么重要，貢獻(xiàn)多么巨大。