柯俊院士与金属物理
转自科史文苑 金属物理学是研究金属和合金结构与性能关系的科学，既是金属学在微观领域的进一步深入，也是以金属和合金为对象的固体物理学的一个分支。20世纪50年代以后，电子显微镜的使用、多种能谱技术、电子的非弹性散射等实验方法为金属物理的发展做出了重要贡献。柯俊是中国金属物理专业的奠基人，其学术成长及后期的学术贡献与他早期的留学经历密切相关。 一、留英十年 英国，是近代工业革命的发源地，在当时有着雄厚的国力和科研实力。1944年英国化学工业公司提供给经济部6个去英国学习的名额，柯俊如愿以偿，到英国伯明翰大学理论金属学系学习。 柯俊的导师是当时著名的金属学家汉森（Daniel Hanson）教授，他是英国第一代研究金属物理的科学家，是英国国家物理实验室的创始人，他与夫人一起进行的铁镍合金的研究成果在英国的钢铁研究史上功勋卓著。而柯俊是汉森教授招收的最后一名亲自指导的研究生。汉森教授对科学求真求实的精神和踏实勤奋的态度深深地影响了柯俊日后的科研之路。 1945年柯俊在英国伯明翰大学校徽前 1948年柯俊在英国伯明翰大学理论金属学系与同事们一起研讨系务 （右起Robert Cahn，时任讲师，后为剑桥大学教授、英国皇家学会会员、法国巴黎大学教授、中国科学院外籍院士；Tsun Ko；柯俊，时任讲师；Alan Cottrell, 时任讲师，后任剑桥大学材料及冶金系系主任、副校长、英国皇家学会会员、英国政府材料总顾问、授爵士勋；Tommy Wright，时任高级讲师） 2001年柯俊再访英国专程去导师汉森教授墓前缅怀 柯俊在研究生的第一年，选择“铜的再结晶”作为研究课题，随后研究“低碳钢在焊接时的变化”课题。1946年到1947年，他先后担任了英国焊接研究所研究员、英国钢铁研究协会助理等职务。同时还参加并负责相变动力学研究组，从事合金相变机理的研究工作。 柯俊接受了英国钢铁协会下达给汉森教授的科研课题，阐明钢中产生过热和过烧的理论机制。他通过简单的金相方法，证明了硫化锰在高温加热时可以在钢中溶解，冷却时在晶界或某个晶面上析出，导致脆化。 柯俊的博士论文题目是“贝茵体的切变机制”，1948年12月获得英国伯明翰大学自然哲学博士学位，后留校任教。1951年，柯俊获得终身讲师任命。 1948年摄于英国伯明翰大学博士毕业典礼后 自1950年起，他发表了与博士论文相关的文章多篇，主要包括：1950年与导师D．Hanson在 Journal of Iron and Steel Institute上发表文章“Grain boundary phenomenain severely heated steel”，1951与J．A．Wheeler，V．Kondic，在同一期刊上发表文章“Effect of Initial HeatingTemperature on the Mechanical Properties of Ni-Cr-Mo Steels ”，1952与A. Cottrell在同一期刊上发表文章“The Formation of Bainite”，此文被师昌绪先生称为“不朽之作”。 1951-1952年英国伯明翰大学冶金学会全体会员合影，前排右起第6人是柯俊 二、创建金属物理专业 柯俊铭记汉森教授的临别赠言，“回国后搞科研就去研究所，办教育要到高等学校。前者轻车熟路，深入一点就容易出成果；后者辛勤耕耘，但是桃李满天下，影响更大。”柯俊充分认识到钢铁工业对于新中国建设的重要性，1954年4月夫妻二人到北京钢铁工业学院报到，开始了执鞭教学、辛勤耕耘的教师生涯。他在金相及热处理教研组担任教授，为金相热处理专业讲金属物理课，教会老师和学生使用金相实验室中进口的蔡斯光学显微镜，指导相55、相56级学生作毕业设计等。 1955年，柯俊被任命为新成立的物理化学系主任。北京钢铁工业学院的领导们审时度势，同意了柯俊建立金属物理专业的建议，并授权他负责筹备事宜。金相教研组内成立了由柯俊、张兴钤、方正知、谢逸凡、蔡美良等参加的金属物理小组，开始着手筹建金属物理专业。 1956年6月，学校正式批准成立金属物理教研组，9月第一批金属物理专业学生入学。北京钢铁工业学院金属物理专业是世界第二个、中国的第一个金属物理专业，为后来全国金属物理专业的建立提供了范例。如柯俊应叶企孙教授之邀，为北京大学物理系金属物理专业授课，担任金属物理教研室主任。 为了提高从事金属学及金属物理专业教学人员的业务水平，自1956年开始，柯俊组织了系列专题报告会。被约请的知名学者有林兰英、王大珩、师昌绪、钱临照、彭桓武、李荫远、刘益焕等。报告内容包括了金属的范性形变、相变、位错、组织结构等，听众踊跃，效果非常好。 当时，金属物理教研组面临的首要任务就是为首届（61届）学生开设专业课。但初创的金属物理专业既无教学大纲可循，也无教材可用。在这种情形下，柯俊、张兴钤、肖纪美、方正知四位教授迎难而上，分别负责金属物理各主要领域的教学工作，参考国际上的研究方向，总结国际上的最新成果，结合我国的实际国情，开始授课。为了弥补金属物理专业教材与实验指导书的匮乏，柯俊花费了大量的心血来翻译1951年由苏联莫斯科钢铁学院编撰的《钢铁及非铁金属合金金相图片集》，该金相图片集于1956年5月由科学出版社出版。 由于名师荟萃，北京钢铁学院的金属物理专业走在全国前列，于1981年成为首批博士点，1988年成为国家教委颁布的首批国家重点学科。 柯俊翻译的《钢铁及非铁金属合金金相图片集》 上世纪50年代末摄于理化楼前 李恒德（左一），肖纪美（左二）、柯俊（左三）、方正知（右三）、高诒善（右四） 1960年长春全国第一次固体物理会议 柯俊（右二）、钱临照（右四） 1970年代柯俊给干部讲课现场 改革开放后，柯俊等把国内外材料领域最著名的科学家邀请到北京钢铁学院交流并讲学，并聘请一些科学家为北京钢铁学院名誉教授，如英国牛津大学Hirsch教授和Christian教授、美国Cohen教授和Thomas教授、德国Hassen教授和Dahl教授，瑞典Hiller教授，加拿大Purdy 和 Piercy教授，日本桥本初次郎教授等。 1983年在柯俊的大力邀请下，加拿大McMaster大学Piercy教授以客座教授身份，为金属物理专业研究生用英语讲授《晶体缺陷》一个学期。柯俊希望他按照在加拿大讲课的内容和方法进行教学。 柯俊还邀请了国内许多相关院所的著名学者担任兼职教授，指导、培养硕士和博士研究生，如郭可信、钱临照、李方华等，他们都是相关领域的先驱或领军人物，在国际上很有威望。 在学校的支持下，着眼于学科的长足发展，柯俊先后推荐并派出陈难先（美国）、周政谦（英国）、吴杏芳（美国、英国）、平云（英国）、柳得橹（加拿大、日本）、王蓉（瑞典、澳大利亚）、朱逢吾（德国）、王佩璇（加拿大）、魏鎏英（瑞典）、陈清（英国）、孙永谦（英国）、宋志毅（日本）、宋明辉（日本）、陆致龙（日本）等青年教师和研究生到英国牛津大学、英国剑桥大学、美国加州大学伯克利分校、加拿大麦克马斯特大学、瑞典查尔斯默斯工业大学、澳大利亚悉尼大学和日本冈山理科大学等著名学府，以访问学者或博士生联合培养的方式，进行电镜科研和材料学方面的科研和学习，使得我国电子显微镜科研与教学水平迅速与世界接轨。 1980年新当选中国科学院学部委员的三位北京钢铁学院教授 魏寿昆（左）、柯俊（右）、肖纪美（中） 1983年柯俊与金属物理专业研究生讨论问题 2006年庆贺柯俊院士九十华诞暨北京科技大学材料物理与化学系创建50周年大会 三、提出贝氏体相变切变理论 上世纪50年代以前，国际金属学界都认为贝茵体（现在一般称之为贝氏体）转变是由钢中的原子扩散控制的，扩散学派成为当时解释这一现象的主流学派。1951年，柯俊在研究的过程中首次发现并提出钢在固溶体分解发生相变时贝茵体转变的切变位移机制，证明其是与珠光体、马氏体不同的相变，建立了贝氏体相变切变理论。这一突破性成果在国际上引起了极大的反响，并逐渐形成了全世界对这一现象研究的主流学派——切变学派，已得到英国剑桥大学、牛津大学、美国伊利诺伊大学、麻省理工学院、加州大学，以及欧洲、日本等金属材料科学学者们的认可。 柯俊在贝氏体研究上所做出杰出贡献得到充分肯定，欧共体1966年出版（英、德、法文）的由A. Schrader和A. Ros主编的De Ferri Metallographia一书第二卷“Fundementals of Metallogaphia”中，把钢中切变机制生成的无碳贝茵体称成“柯氏贝茵体”，其本人也被以Cohen教授为首的许多国外同行称为Mr.Bain（贝茵体先生）。 回国后，柯俊从未间断对合金中贝茵体相变机理的深入研究，1954年至1956年间，多次发表论文。1957年柯俊“关于奥氏体共格性的转变机构”项目获中国科学院颁发1956年度科学奖金（自然科学部分）三等奖，由中国科学院授予中国科学院科学奖章、奖状、奖金。这是北京钢铁工业学院建校以来的第一个国家级科研奖。 1984年５月24日，鉴于在相变理论及促进中国和加拿大科技文化交流上做出的重要贡献，加拿大麦克麻斯特大学授予他荣誉理学博士称号 1988年柯俊（前排左三）在清华大学参加基金重点项目“贝氏体相变机理”研讨会 师昌绪（前排左四）、李恒德（前排右三）院士等同时参加 四、发展马氏体相变动力学 20世纪50年代，柯俊首次观察到钢中马氏体形成时基体的形变及其对马氏体长大的阻碍作用，提出了“奥氏体中不均匀性和原子簇的形成和存在，将会影响马氏体的生核和长大”的假说。随后，柯俊与陈梦谪合作研究了“高速钢奥氏体化淬火过程缓冷时的稳定化和高温加热促化之间的相互关系”，研究结果证明了他所提出假说的正确性。1959年这一论述在苏联《金属学及金属物理》杂志发表，并且得到著名物理学家萨道夫斯基的认可和高度评价。 80年代，柯俊在这一假说的基础上，指导吴杏芳、陈奇志等进一步研究了“含微量钒碳的铁镍合金中蝶状马氏体的相变”，证明在适当条件下形成的具有特殊形状和一定分布规律的蝶状的马氏体是原子簇及其自促发效应的结果。他指导柳得橹及研究生，利用薄膜观察证明消除约束后相变的不同形态。这一系列的研究成果极大地丰富了马氏体相变理论，特别是给长期探索的马氏体形核机制增添了新的论点和证据。 1985年柯俊与M. Cohen（麻省理工学院相变专家） 五、探索微量元素在钢中的作用机理 1976年起，柯俊与褚幼义、贺信莱、余宗森等人开始进一步开展硼钢的研制，系统研究微量硼在钢中作用的机理，用径迹显微照相技术进行“硼在晶界非平衡偏聚的研究”。1989年“硼在钢中的作用及硼在晶界偏聚行为的研究”项目获国家教委科技进步二等奖。 1983~1986年，柯俊、陈梦谪等人根据四川攀枝花矿产资源的特点，负责“六五”、“七五”钢中钒、钛研究攻关项目的课题。主要研究了微量的钒、钛对重轨钢、硅钢组织及性能的影响，阐明了微量钛在钢中的分布，氧化钛形成机制以及在钢中的作用等。同时，柯俊等人还完成了对纳米级析出相的萃取及鉴定方法。1992年“钒、钛、铌等微合金元素的低合金钢中应用基础的研究”获冶金部科学技术进步一等奖。 1980年在杭州“材料科学与工程课题规划会议”合影 （左起：贺信莱、柯俊、褚幼义） 北京京丰宾馆第一届中国材料研讨会 柯俊（中）与李依依（左）、颜鸣皋（右）院士合影 六、开创超级钢研究 1996年5月，柯俊亲自写了一篇《驳钢铁工业是夕阳工业》的报告，送给冶金部部长。1996年10月由冶金工业部申报“国家攀登计划B类项目建议书”，课题名称：“新一代微合金高强高韧钢的基础研究”。建议人为：师昌绪、邵象华、柯俊、肖纪美、刘嘉禾、王崇愚和殷瑞钰。北京科技大学由柯俊和孙祖庆负责“相变和缺陷结构控制为重点的物理金属学基础研究”。 2000年10月至2003年9月，柯俊指导北京科技大学的973项目组抽出人员成立了一个专题组：新一代钢的薄板坯连铸连轧工艺基础研究及材料性能特征研究。主要成员有：柯俊、柳得橹、傅杰、康永林等以及研究生若干人，与广州珠江钢厂进行合作研究，实行了老中青结合、跨专业结合以及产学研结合的研究路线。 2003年，“钢的组织性能综合控制理论及应用—薄板坯连铸连轧工艺基础及材料性能特征研究”获中国高等学校十大科技进展奖。2004年2月10日，柯俊作为第4 完成人，项目获教育部一等奖。 1999年柯俊与参加钢铁年会的张寿荣（左一）、殷瑞钰（右二）等代表合影 2000年柯俊参加先进钢铁材料技术国家工程研究中心组建大会 暨中联先进钢铁材料技术有限责任公司成立大会时与徐匡迪交谈 2003年薄板坯连铸连轧工艺基础及材料性能特征研究项目鉴定会 前排左起：王天民（北航）、黄孝瑛、李依依、殷瑞钰、张寿荣、柯俊 后排左起：于浩、周德光、李烈军、康永林、傅杰、柳得橹、王元立、霍向东 七、培养电子显微镜人才 1958年，我国历史上第一批国产透射电镜——南京江南光学仪器厂研制的DX－3型电镜问世，北京钢铁学院购置了一台。与原有的真空喷镀仪一起，成为金属物理研究教研组电镜室的基本设备，为金属物理专业取得丰厚的科研成果做出了很大贡献。 1964年，北京钢铁学院得到当时冶金部科技司的大力支持，购置了一台透射电镜（捷克产的Tesla413型）与一台扫描电镜（英国剑桥产的S—250型），两台电镜分别于1968年和1972年从国外运抵北京并顺利安装运行，为广大师生的科研教学创造了条件。 1980年，为了更广泛地开展学术交流，促进我国电子显微学及其应用水平的提高，在钱临照、郭可信等人的倡议下，中国电子显微镜学会成立，柯俊担任副理事长。他和郭可信一起主持过多次国内国际电子显微学学术会议。1980年中国电镜学会在四川成都召开成立大会，柯俊、郭可信与时任日本电镜学会第27届会长的桥本初次郎商讨了中日双边电镜研讨会的交流方式。次年他们和日本电镜学会第28届会长小川和郎等人共同举办了“第一届中日电子显微学讨论会”。 1984年，柯俊在日本金属学会会长、东京大学名誉教授桥口隆吉、田冈忠美的建议下，组织了中日金属物理及物理冶金研讨会，为我国中青年学者提供了更多参与国际学术交流、学习和了解国外学术发展动态的机会，同时也促进了中日两国电子显微学和材料科学工作者的合作。 1985年，柯俊、郭可信接受了时任国际电子显微镜学联合会主席桥本初次郎的建议，成立了电子显微镜培训中心。培训中心的负责人、授课老师和实验室辅导教师全部由北京钢铁学院金属物理电镜组的老师和实验室工作人员担任。 1986年，在郭可信的积极倡议下， JEOL公司以桥本教授的名义赠送了一台全新的JEM100CX-Ⅱ透射电镜以供我国培训电镜人才，这台崭新的透射电镜安装在北京钢铁学院并投入运行。桥本初次郎教授于1987年起连续10年在北京钢铁学院举办“桥本讲座”系列报告会，向我国电镜工作者和研究生传授电子显微学知识、经验和最新进展。 鉴于柯俊的重要贡献，1989年日本金属学会授予他荣誉会员，中国电子显微镜学会授予他荣誉会员的特殊荣誉，1990年中国电子显微镜学会授予他第二届“桥本初次郎奖”。1998年9月在大连召开的第十次全国电子显微学会议上，郭可信分别向柯俊、朱静颁发了“钱临照奖”。 1981年接待美国加利福尼亚大学国际著名电镜专家G.Thomas教授来访 （右起：柯俊、章守华、Thomas、肖纪美、柳得橹） 1986年JEOL(日本电子)赠送JEOL-100CX—II电镜，桥本教授、柯俊及师生合影 （前排左起：肖纪美、桥本、柯俊；后排左起：孙永谦、周政谦、吕伟、赵重力、陈梦谪） 1992年亚太地区电子显微镜年会柯俊主持， 右为英国牛津大学材料系主任Pitter Hirsch教授 1998年9月柯俊与中国电镜学会的部分常务理事合影 （左起：汤雪明、柯俊、姚骏恩、褚一鸣、李方华、陈德惠、郭可信、朱静） 半个多世纪过去了，金属物理始终走在改革和解放思想的前沿。今天，金属物理已发展成材料物理与化学专业，开辟了交叉学科发展的新方向，适应了材料科学的发展趋势，为材料学的发展注入了一股新的活力。桃李不言，下自成蹊。柯俊对此所花费的精力和心血，所奉献的激情和岁月，无怨无悔。 作者简介： 李秀辉：北京科技大学科技史与文化遗产研究院副教授，研究方向：冶金与材料史、文化遗产保护。 程瑜：北京科技大学科技史与文化遗产研究院工程师。
