精彩片段 執(zhí)著一生——記清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系苗赫濯教授

本刊記者 黃雪霜 王 芳

精彩片段 執(zhí)著一生
——記清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系苗赫濯教授

本刊記者 黃雪霜 王 芳

一根支桿可以撐起一片天空，一個平面可以托起一個夢想，一個片段可以連成一段精彩的人生。對于年近古稀，干了大半輩子新型陶瓷材料科學(xué)研究的苗赫濯教授來說，他人生中有太多值得回憶的瞬間，不管是快樂的、艱苦的，都是他奮斗一生的構(gòu)成片段。

片段一： 長安街上灑金光

1974年國慶節(jié)之夜，首都長安街東頭燈光璀璨，從東單到北京站寬闊的馬路上，灑滿耀眼的金光，點(diǎn)亮了市民慶祝祖國誕辰的熱情，也給節(jié)日增添了幾分歡樂的氣氛。“沐浴”在中國第一街的璀璨光芒下，路人們說街道亮多了，司機(jī)們說行車快了，國家經(jīng)委和輕工部的有關(guān)負(fù)責(zé)同志感慨地說：一年前，外國電光源代表團(tuán)來我國參觀訪問時(shí)，說中國的街道照明昏暗，沒有高壓鈉燈。沒想到僅隔一年時(shí)間，我國已有了第一條用自制的高壓鈉燈裝備起來的街道，其路面平均照度相當(dāng)于原用同等功率高壓汞燈的3.5倍，“真不愧是‘爭氣燈’??！”

那么，是怎樣一種新光源讓國人如此揚(yáng)眉吐氣呢？又是誰改變了我國街道照明昏暗費(fèi)電的局面？正是清華大學(xué)苗赫濯教授團(tuán)隊(duì)和他們的合作者！

透明陶瓷高壓鈉燈：開啟街道節(jié)能照明新篇章

迄今為止, 除光色很差而難以應(yīng)用的低壓鈉燈外, 高壓鈉燈是光效最高的光源 (發(fā)光效率為130-150流明/瓦) ,而且透霧能力強(qiáng), 淺金黃色，特別適于戶外大面積照明。60年代中期發(fā)達(dá)國家已開始采用高壓鈉燈作為街道照明，而我國直至70年代初仍無高壓鈉燈的生產(chǎn)和應(yīng)用，全部采用高壓汞燈和白熾燈，照明效果差，耗電量大。鑒于這種情況，1970年時(shí)任清華大學(xué)新成立的“高溫結(jié)構(gòu)陶瓷科研組”組長的苗赫濯教授，決定把“透明陶瓷與高壓鈉燈”這個項(xiàng)目作為清華開創(chuàng)“高溫結(jié)構(gòu)陶瓷”新學(xué)科的頭一炮。

高壓鈉燈點(diǎn)燃時(shí)溫度高達(dá)1300℃，傳統(tǒng)的石英玻璃燈管很快就會被高溫鈉蒸汽所腐蝕。高純度的氧化鋁陶瓷則可以承受，但陶瓷一般是不透明的，要制備出總透光率達(dá)到95%的透明氧化鋁陶瓷燈管，有很大的技術(shù)難度。科研組成立伊始，一切都是空白的，他們克服了種種困難，自制了從原料合成到最終燒結(jié)加工的設(shè)備和裝置，使研制工作得以順利進(jìn)行。他們采用復(fù)合稀土氧化物取代國際上傳統(tǒng)的燒結(jié)添加劑，不僅完全排除了氣孔，還提高了透光性，降低了燒結(jié)溫度，獲得了性能優(yōu)良的透明陶瓷燈管，為研制高壓鈉燈創(chuàng)造了條件。輕工部馬上安排北京燈泡廠和清華大學(xué)合作研制高壓鈉燈。但是要制成高壓鈉燈，還必須解決陶瓷燈管和電極的封接技術(shù)，這對于材料科學(xué)研究人員來說，是比較陌生的。為了盡快完成國家經(jīng)委和輕工部的研制任務(wù)，科研組一方面建設(shè)透明陶瓷燈管的中試生產(chǎn)，同時(shí)又和燈泡廠技術(shù)人員一起研究封接技術(shù)，進(jìn)行跨學(xué)科攻關(guān)，從而很快研制成功了高壓鈉燈。

透明陶瓷燈管與高壓鈉燈

接著苗教授向輕工部提出，高壓鈉燈只有在大街上通過考驗(yàn)并取得效益才能算真正成功。于是北京市和輕工部決定在東長安街試用，并組織清華大學(xué)、北京燈泡廠、北京燈具廠、路燈隊(duì)、建材院、建研院等單位，從燈管和高壓鈉燈的生產(chǎn)、新燈罩制作，新燈桿架設(shè)和照度檢測等，進(jìn)行一條龍大會戰(zhàn)。正是靠立足創(chuàng)新和團(tuán)結(jié)協(xié)作，才有了1974年國慶節(jié)長安街上的壯麗景色，高壓鈉燈的使用開始了我國街道照明采用第三代高效節(jié)能新光源的歷史！

由于東長安街高壓鈉燈示范性街道取得優(yōu)良效果，國家經(jīng)委和輕工部決定在全國推廣應(yīng)用，并委托苗赫濯科研組將陶瓷燈管的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給沈陽玻璃試驗(yàn)廠、北京大華陶瓷廠等工廠進(jìn)行生產(chǎn)，1975年產(chǎn)品開始投放市場。1980年時(shí)任美國陶瓷學(xué)會主席的W.H.Rhodes在《美國陶瓷學(xué)會通報(bào)》上詳細(xì)介紹苗赫濯團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)成果時(shí)說：清華大學(xué)完成了全過程的研究與開發(fā)，從原料合成直至最后做出高壓鈉燈，在轉(zhuǎn)讓到工廠生產(chǎn)以前，在學(xué)校的中試車間生產(chǎn)，并首先應(yīng)用在北京的主要街道上。

然而這項(xiàng)科研并不是一帆風(fēng)順的，20世紀(jì)70年代上半葉，“四人幫”在全國范圍內(nèi)掀起“反右傾回潮”和“反擊右傾翻案風(fēng)”，他們的代理人在清華也大搞“上掛下聯(lián)”，層層打壓，苗教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)日以繼夜地為發(fā)展我國電光源事業(yè)辛勤工作，卻被批判為“唯生產(chǎn)力論”和“黑貓白貓，能抓耗子就是好貓”的流毒。盡管當(dāng)時(shí)搞科研無名無利還要挨批，但為國爭光，無私奉獻(xiàn)的精神使他們堅(jiān)持奮斗，白天挨了批判，晚上仍然繼續(xù)通宵達(dá)旦進(jìn)行科研攻關(guān)。后來當(dāng)“四人幫”看到長安街高壓鈉燈的優(yōu)良效果后，便又想利用它為極左路線貼金，于是江青指派新聞紀(jì)錄電影制作廠到清華拍攝了一部50分鐘的《透明陶瓷與高壓鈉燈》的科教片，企圖把科研組排除極左路線干擾取得的成果說成是“反擊右傾翻案風(fēng)”的產(chǎn)物。

1977~1978年，苗赫濯科研組因透明陶瓷高壓鈉燈的研究與實(shí)用化，榮獲《全國科學(xué)大會獎》、《北京市科學(xué)大會獎》以及《北京市科學(xué)技術(shù)先進(jìn)集體》稱號。但苗教授意識到這僅僅是一個開端，比發(fā)達(dá)國家的技術(shù)和裝備還有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｋ蜉p工部提出要自主研制連續(xù)等靜壓成型機(jī)和1850℃臥式連續(xù)氫氣燒結(jié)爐，得到輕工部的支持。于是他的團(tuán)隊(duì)又開赴沈陽，和接產(chǎn)廠合作研制相當(dāng)復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備和工藝，形成實(shí)用可靠的全套技術(shù)和生產(chǎn)線。

上世紀(jì)90年代以來，隨著城鄉(xiāng)發(fā)展的巨大需求，先后有十多家新上企業(yè)，都選用了這套成熟技術(shù)與設(shè)備，而不需要花高價(jià)去引進(jìn)。這些企業(yè)的總產(chǎn)銷量達(dá)到幾千萬支，占全國的75~80%，占全球1/4以上，約有一半被做成電弧管或高壓鈉燈出口幾十個國家?，F(xiàn)在我國城鄉(xiāng)道路、港口碼頭、鐵路公路、機(jī)場廣場等戶外大面積照明基本上都采用了高壓鈉燈，大大改善了城鄉(xiāng)照明水平，提高了交通安全和行車速度，每年為國家節(jié)省上百億度照明用電。我國已成為世界上少數(shù)幾個高壓鈉燈的生產(chǎn)與應(yīng)用大國之一。

回顧40年高壓鈉燈的研制和產(chǎn)業(yè)化過程，苗教授歸納成一句話：“一竿子插到底”。他認(rèn)為科研的目的是要為國民經(jīng)濟(jì)做出實(shí)際貢獻(xiàn)，就不能停留在“樣品”和“展品”上，而要做出“產(chǎn)品”和“商品”，經(jīng)過市場競爭的嚴(yán)酷考驗(yàn)，才能真正算得上成功。因此他們堅(jiān)持不懈努力，從透明陶瓷燈管，到封接技術(shù)，到高壓鈉燈研制；從材料研究，到工藝研究，到裝備研制，一竿子插到底，使得科研成果迅速變成生產(chǎn)力，為我國節(jié)能照明事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)，如今神州大地灑滿高壓鈉燈的金光。

片段二：“工具箱里的秘密武器”

苗赫濯，1936年生，廣東惠州市人，清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授，博士生導(dǎo)師，國際陶瓷科學(xué)院院士。曾任中國機(jī)械工程學(xué)會材料分會副理事長兼工程陶瓷專業(yè)委員會主任委員，北京市人民政府專業(yè)顧問。主要成果有透明陶瓷與高壓鈉燈，氮化硅與復(fù)合氮化硅陶瓷刀具，復(fù)合碳氮化鈦金屬陶瓷刀具和防彈陶瓷等。榮獲國家發(fā)明二等獎，全國科學(xué)大會獎，以及北京市、教育部的多項(xiàng)科技獎勵。

1996年美國政府科學(xué)代表團(tuán)參觀氮化硅陶瓷刀具中試生產(chǎn)

20世紀(jì)80年代初一個秋高氣爽的日子，首鋼機(jī)運(yùn)公司的軋輥車間內(nèi)，機(jī)器轟鳴，經(jīng)驗(yàn)豐富的韓師傅正開動著一臺大軋輥車床，加工著一根直徑0.8米長3米，洛氏硬度高達(dá)HRC60的球墨冷硬鑄鐵軋輥。過去用硬質(zhì)合金刀具加工，每分鐘才7米的切削速度，而且因刀具磨損要多次換刀，加工一根要花20小時(shí)。今天他卻把切削速度提高到每分鐘40米，一個刀片不到3小時(shí)，就從頭到尾把一根軋輥加工完了。車間轟動了，工人們紛紛圍攏過來問個究竟，韓師傅笑著從工具箱里拿出了幾塊刀片，對大家說：“就是它創(chuàng)造了奇跡，它叫復(fù)合氮化硅陶瓷刀具”，大家恍然大悟，原來韓師傅工具箱里有了新的“秘密武器”。

發(fā)明這一“秘密武器”的正是幾年前在研發(fā)高壓鈉燈方面做出重大貢獻(xiàn)的清華大學(xué)苗赫濯教授和他的團(tuán)隊(duì)。時(shí)隔數(shù)年，他們又為祖國獻(xiàn)上一個新的成果。

新一代陶瓷切削刀具：高硬難加工材料的克星

切削加工是工業(yè)生產(chǎn)中最基本、最廣泛和最重要的工藝之一，而傳統(tǒng)刀具由于切削速度低、壽命短，耗費(fèi)大量工時(shí)、電力和貴重金屬。因此研發(fā)高切速、高耐磨性的新型刀具材料，對制造業(yè)的增產(chǎn)節(jié)能降耗具有重要的意義。

1975年，苗赫濯科研組接受了一項(xiàng)科研任務(wù)，用氮化硅陶瓷來制作轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)活塞刮片。在研制過程中，他們發(fā)現(xiàn)氮化硅陶瓷不僅硬度、強(qiáng)度和斷裂韌性高，而且不像硬質(zhì)合金含有耐熱性差的金屬相，熱膨脹系數(shù)又小，預(yù)期可以承受高速切削引起的高溫和熱應(yīng)力。他們想也許氮化硅陶瓷會成為一種很好的金屬切削刀具。他們把它做成刀片，在學(xué)校機(jī)械廠對硬質(zhì)合金刀具加工不動的淬硬鋼工件（硬度達(dá)HRC50以上）進(jìn)行粗加工，切削速度達(dá)到每分鐘一百多米，切屑全是火紅的，氮化硅刀具很輕快地把它加工完！苗教授及同事們預(yù)感到，這種新刀具將會給機(jī)械加工技術(shù)帶來重大的革新。

他們一方面提高新刀具材料的性能，一方面到工廠去進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)，在國際上最先實(shí)現(xiàn)了用熱壓氮化硅陶瓷刀具對多種難加工材料（冷硬鑄鐵、淬硬鋼、粉末冶金燒結(jié)材料、玻璃鋼等）進(jìn)行多種工藝（車、銑、螺紋、絲杠挑扣等）的加工和生產(chǎn)應(yīng)用。1977~1979年，苗教授等人發(fā)表了這項(xiàng)成果，為開拓新一代陶瓷刀具作出重要貢獻(xiàn)。美國材料科學(xué)家R.N.Katz在著名的《科學(xué)》（Science，1980）雜志和在《世界陶瓷大會》上(1986年)，都對這項(xiàng)成果作了很高的評價(jià)。他說中華人民共和國苗赫濯等人關(guān)于熱壓氮化硅陶瓷刀具的應(yīng)用研究顯示出非常有前途的結(jié)果，熱壓氮化硅刀具比傳統(tǒng)刀具壽命長幾倍，而且它也可以對淬硬鋼進(jìn)行銑削加工。1980年時(shí)任美國陶瓷學(xué)會主席的W. H. Rhodes在《美國陶瓷學(xué)會通報(bào)》上也進(jìn)行詳細(xì)介紹。

為了解決超硬材料的加工，70年代后期苗教授等人不斷創(chuàng)新，利用相圖和彌散復(fù)合的原理，進(jìn)一步發(fā)明了復(fù)合氮化硅陶瓷刀具，比純氮化硅刀具的壽命又提高了6－10倍。它有非常好的耐磨性、紅硬性和抗沖擊性，石家莊水泵廠用它順利地對高硬碴漿泵葉輪(HRC60)進(jìn)行斷續(xù)粗切削，改變了“陶瓷一撞就碎”的傳統(tǒng)印象，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了超硬鑄鐵碴漿泵(HRC63~65)不退火直接淬硬加工的工藝革新，免去5~6天退火時(shí)間和退火用電，加工用電也節(jié)省60~70%；廣州有色院耐磨所用它對高錳鋼和高鉻鉬鑄鐵礦山機(jī)器零件(HRC63)，進(jìn)行車、銑、刨、鏜加工生產(chǎn)，效率提高5~10倍。

他們用新型陶瓷刀具所完成的一系列高難度切削項(xiàng)目，在國際上也是首創(chuàng)的，是刀具材料創(chuàng)新帶來切削技術(shù)的創(chuàng)新，因而榮獲國家發(fā)明二等獎(1988)，北京市科技一等獎(1980)和日內(nèi)瓦國際發(fā)明展覽會鍍金獎(1988)。接著在90年代苗教授又提出“過渡金屬相燒結(jié)”的原理與方法，發(fā)明了高耐磨性復(fù)合碳氮化鈦金屬陶瓷刀具，并首先在寶鋼對淬硬鋼軋輥實(shí)現(xiàn)了“以車代磨”干切削的工藝革新，取消了冷卻液，降低成本，減少污染。

但是苗教授清醒地認(rèn)識到：陶瓷刀具技術(shù)含量高，設(shè)備精密復(fù)雜，而我國工業(yè)基礎(chǔ)比較差，沒有專業(yè)設(shè)備的配合，所以遲遲不能形成氣候。相反，雖然國際上1982才開始有氮化硅刀具的生產(chǎn)，但幾年間就形成相當(dāng)?shù)囊?guī)模。

為了使科研成果盡快變成生產(chǎn)力，90年代以來，苗教授帶領(lǐng)科研組先后研制成功雙爐體自動化氮化爐、2000℃雙爐體雙工位自動化熱壓爐以及用先進(jìn)的熱等靜壓工藝生產(chǎn)復(fù)雜形狀的陶瓷刀具，建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型陶瓷刀具生產(chǎn)線，并獲三部委聯(lián)合頒發(fā)的“國家八五科技攻關(guān)重大科技成果獎”。1996年以美國總統(tǒng)科學(xué)顧問Gibbons博士為首的美國政府科學(xué)代表團(tuán)在給總統(tǒng)的訪華報(bào)告中提到：清華大學(xué)苗赫濯教授領(lǐng)導(dǎo)的科研組，在氮化硅陶瓷刀具工藝技術(shù)研究方面付出了很大的努力，包括從原料氮化硅粉的制備一直到刀具成型和加工的全過程。

新一代陶瓷刀具被列為“國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程”項(xiàng)目。苗科研組將該技術(shù)轉(zhuǎn)讓到若干企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)量占國內(nèi)陶瓷刀具80%以上，產(chǎn)品已在冶金、礦山機(jī)械、汽車、軸承等十幾個行業(yè)上千家企業(yè)應(yīng)用，提高加工效率3-10倍，節(jié)省加工用電 50-70%；由于采用地殼中最豐富的元素Si，Al作為原料，大量節(jié)省W、Co等貴重金屬；每年給國家?guī)頂?shù)十億元的增產(chǎn)節(jié)能降耗效益。

新型陶瓷刀具和透明陶瓷高壓鈉燈兩項(xiàng)成果，1999年被選上作為建國50周年成就展——《光輝的歷程》的新材料成果在北京展出。

片段三： 死里逃生謝鎧甲

2003年，中國某出口公司收到一份電子郵件，對該公司所銷售的陶瓷防彈衣多次保護(hù)了駐伊拉克英國士兵的生命表示感謝，郵件中說：你們的陶瓷防彈衣拯救了英國士兵的生命，有一名士兵被擊中7 槍，都被陶瓷防彈衣?lián)踝×恕?/p>

原來具有軍需品出口權(quán)的中國某公司，曾經(jīng)通過中間商向科威特、沙特、伊拉克、馬來西亞等多個國家銷售了國內(nèi)制造的配有陶瓷胸插板的防彈衣，其中也有八千套賣給了英國，這才有了許多英國士兵死里逃生的故事。郵件中還提到有的防彈胸插板被擊中12槍，但都未能穿過。

這種高性能陶瓷防彈衣的制造者又是苗赫濯團(tuán)隊(duì)！

陶瓷防彈衣：狹路相逢硬者勝

“矛”和“盾”一直是相互依存、相互競爭的對立面。在古代人們用鐵器作矛作箭，也用鐵作甲作盾；近代人們發(fā)明了子彈，于是就有了裝甲鋼板；到了現(xiàn)代，人們采用鎢合金作穿甲彈，來擊穿裝甲鋼板，就出現(xiàn)了用更硬的陶瓷來防彈；真所謂“魔高一尺，道高一丈”。

過去，人們常采用鋼板或高分子材料來作防彈衣，但由于槍械和槍彈技術(shù)的發(fā)展，以及當(dāng)今暴力恐怖活動的猖獗，上述防彈衣已很難滿足要求。一些部門也希望苗教授科研組能夠研發(fā)新的陶瓷防彈材料。

苗教授認(rèn)為陶瓷與鋼板的防彈機(jī)理不同，當(dāng)穿甲彈擊入鋼板時(shí)，金屬靠塑性變形來吸收子彈的能量；而當(dāng)穿甲彈擊中陶瓷時(shí)，陶瓷則利用其高硬度，與子彈共同破碎，來吸收子彈的動能，所以材料的硬度對防彈性十分重要。碳化硼陶瓷，又輕，硬度又高，是非常好的防彈材料，但價(jià)格昂貴，難以大量應(yīng)用。氧化鋁陶瓷成本低，但硬度強(qiáng)度也低。因此他把目標(biāo)放在提高95%Al2O3陶瓷的硬度與強(qiáng)度上。95%Al2O3陶瓷在國內(nèi)已有幾十年的生產(chǎn)歷史，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用也十分廣泛，仍然采用廉價(jià)的原料和簡單的工藝，要大幅度提高其性能決非易事。

但苗教授和同事們決心迎難而上，深入研究陶瓷防彈機(jī)理，利用相圖研究優(yōu)化組成，通過改善微觀結(jié)構(gòu)來提高性能，經(jīng)過兩三年時(shí)間反復(fù)試驗(yàn)，終于研制成功了高性能、低成本的95%Al2O3防彈陶瓷。其抗彎強(qiáng)度和顯微硬度分別達(dá)到430MPa和14GPa，超過國際上公布的同類產(chǎn)品350MPa和12.5GPa的指標(biāo)。接著他們把這種陶瓷做成防彈衣，經(jīng)中國兵器工業(yè)防彈器材質(zhì)量監(jiān)督控制中心實(shí)彈檢測，防彈性能達(dá)到美國警方最高一級防彈衣標(biāo)準(zhǔn)。

他們將此項(xiàng)技術(shù)在北京紫光方大陶瓷公司投入生產(chǎn)，成為我國最早規(guī)?；a(chǎn)和大批量出口的防彈陶瓷生產(chǎn)基地。有關(guān)公司將此種新的陶瓷防彈衣在公安特警部隊(duì)以及印尼、馬來西亞、斯里蘭卡、沙特、科威特、伊拉克、英國、韓國等十幾個國家推廣應(yīng)用，迄今為止尚未有被擊穿而致死的實(shí)例。他們還與有關(guān)單位合作，把防彈陶瓷披掛在坦克和步兵戰(zhàn)車上，也取得優(yōu)良的效果。高性能低成本防彈陶瓷的研制成功和大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，正是苗教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合自己的專長，急社會所需的出色成果。

三個片段，一段執(zhí)著的科技人生。如今，青絲變白發(fā)，苗教授依然奮戰(zhàn)在科研戰(zhàn)線上。“莫道桑榆晚，夕陽更輝煌”，未來，還有更多的精彩片段等著他去譜寫。