李薰：研究小原子解決大問題的無名英雄

知識 08-08

2017年是中國人民解放軍成立90周年。在這風雨兼程的90年中，無數中華兒女作為中國人民解放軍的一分子，披荊斬棘、捨生忘死，書寫了無數傳奇。這其中，我國科研領域的大批專家、學者作為一個特殊的群體也發揮了獨特而重要的作用。本專題就聚焦這一群體，為您講述他們的故事......

1、小原子，大麻煩

1971年初秋，數百架戰機停滿了瀋陽周邊大大小小的機場。一般人看到這種壯觀的場面，都會感到興奮，可是，穿梭在機群間的研製人員和空軍駐廠代表卻個個眉頭緊鎖，有些頭大。

原來，軍方代表在驗收飛機時，發現一個嚴重的問題：飛機的一個部件存在大範圍的裂縫。在檢查了50架飛機後，居然發現其中22架都有這一問題！軍方代表格外惱火，當即表示拒收。進一步調查顯示，工廠在製造飛機部件時用了一種新鋼材，要命的是，除了已檢查的50架，還有幾百架已經交付部隊的飛機也使用了新鋼材。沒辦法，只好讓這些飛機停飛。幾百架飛機可不是小數目，幾乎占當時中國空軍戰機的一半，而那個年代又恰逢中蘇關係緊張，就這樣讓飛機閑置在瀋陽，從軍方到研製單位，所有人都心急如焚。

事件非同小可，周恩來和葉劍英也高度重視，要求火速查明新鋼材開裂的原因。然而，儘管研製人員連日加班加點地對新鋼材做探測分析，卻始終無法揭開謎團。當眾人一籌莫展之時，有人提議：「送到金屬所，讓李薰看看吧！」金屬所是位於瀋陽的中國科學院金屬研究所，而李薰正是它的創建者。

李薰

9月1日，人們帶著開裂的飛機部件找到李薰，說：「李所長，大家都弄不明白新鋼材為什麼會開裂，請您給我們指導指導。」

李薰接過開裂的部件，仔細端詳了半晌，說：「咱們還是先去生產車間看看吧！」

到車間後，李薰一邊走一邊觀察生產流程，還不時停下來向工人詢問情況。忽然，他看到幾位老工人師傅用鎚子猛敲鋼板，旁邊的幾個學徒工也照著做，便立刻停下來問道：「是不是老工人出的廢品要多些？」在得到肯定的回答後，李薰又觀察了一會兒，然後說道：「問題就在這兒了，是氫脆的原因！」

李薰與工人討論問題

氫脆，這是什麼鬼？

原來，氫原子非常淘氣，憑著自己半徑小的優勢，在鋼的晶格間橫衝直撞，如入無人之境。金屬總是存在缺陷的，內部往往含有細小的孔洞，這些孔洞可謂氫原子的安樂窩，它們一旦進入孔洞就會兩兩結合為氫氣，很難再出來。於是，孔洞中的氫氣越來越多，內壓也越來越大，當壓力超過金屬自身的強度，自然就開裂了。李薰與金屬打了幾十年交道，對氫在鋼中耍的小花招再熟悉不過，他看到老工人幹活兒最賣力，便知道鋼中的缺陷更多，氫脆也更嚴重。

圖3 - 顯微鏡下觀測到的材料因氫脆而開裂（圖片來源：中國腐蝕與防護網）

李薰只是到車間走了一圈，就神速地找到了新鋼材開裂的原因，隨行人員個個都驚嘆不已。工廠很快改進了生產方法，換下有問題的部件，數百架飛機終於得以起飛。葉劍英元帥聽聞此事後，連連稱讚李薰「為維護我國空軍作戰實力做出了貢獻」。

其實，這並不是李薰第一次給飛機把脈問診，早在二戰時，他就曾給飛機看過病，也是在那時，他第一次認識了氫脆。

李薰與研究人員討論飛機部件開裂的問題

2、二戰中的無名英雄

上世紀三十年代，二戰前的歐洲陰雲密布，為應對納粹的步步緊逼，英國不得不擴軍備戰。不久，英國的飛機設計師就研製出一款名為「噴火」（Spitfire）的戰鬥機。由於其採用了大功率活塞式發動機和良好的氣動外形，性能十分優異，剛試飛成功便被英軍預定了三百餘架。

圖5 - 「噴火」戰鬥機（圖片來源：Wikipedia）

正當「噴火」戰機在英軍中的地位如日中天時，意外卻發生了，1937年，一架「噴火」戰機在訓練時發生了機毀人亡的慘劇。調查發現，飛機主軸含有大量的細小裂紋，正是這些裂紋導致了主軸斷裂，釀成了事故。不少鋼廠都試圖找到主軸產生裂紋的原因，可兩三年下來，誰也不能給出定論。於是，問題被送到了謝菲爾德大學，在該校冶金學院任職的李薰便接下了這個燙手山芋。

謝菲爾德大學冶金學院

謝菲爾德大學冶金學院教職工合影，前排左四為李薰

李薰先是走訪了多家鋼廠，然後回到實驗室反覆實驗，一番分析後，他猜測氫氣是造成飛機主軸開裂的罪魁禍首。不過，李薰的觀點並不新鮮，此前就有不少研究者對氫在鋼中的作用做過猜測，但卻只局限於對氫脆現象的描述，由於缺乏定量分析氫的技術，沒人知道鋼中含有多少氫，也就無從知曉現象背後的本質和規律。

科學研究中從不缺乏猜測，可唯有實證才能揭示真理，李薰深知這個道理，決定親自研製一套定氫設備，做第一個吃螃蟹的人。

李薰在謝菲爾德大學實驗室

說起來容易做起來難，李薰帶領幾名研究生用了近一年時間才製造出一台實用精確的定氫儀。俗話說「工欲善其事，必先利其器」，有了別人沒有的先進設備，李薰率先在世界上第一次測定了鋼中的含氫量，準確摸清了鋼和氫的複雜糾葛。他發現，一旦每100克鋼中的含氫量超過2毫升，鋼的強度就會下降，而在當時的生產條件下，100克鋼中的含氫量卻往往高達4~6毫升，飛機主軸斷裂也就不足為奇了。

李薰研製的定氫儀

氫脆現象背後的規律找到了，李薰還沒來得及興奮就開始思考如何去氫的問題。經過幾年的艱苦努力，他終於找到了一種去氫方法。可別小看這種方法，雖說它只是除掉了鋼中含量微少的氫，但卻大幅提高了「噴火」戰機的可靠性，要知道「噴火」戰機可是英國在二戰中的主力戰機，足有兩萬多架！李薰發明的去氫方法還被用在無數的火炮、坦克、艦艇等武器裝備的製造中，為盟軍的勝利做了很大貢獻。

李薰，無疑是二戰中的無名英雄！

3、冶金大師回中國

李薰的成就在國際上獲得廣泛稱讚，他被公認為鋼中氫研究的開創者。為表彰李薰的貢獻，謝菲爾德大學特地授予他冶金學博士學位，並將他的照片懸掛在實驗室中。一些英國同行勸他加入英國國籍，還有人勸他前往富裕的美國。然而，李薰卻自有想法，他要回到朝思暮想的祖國。

謝菲爾德大學授予李薰的冶金學博士學位證書

眾所周知，上世紀中葉，錢學森從美國返回中國時歷盡了波折。李薰也有相似遭遇，英國政府為了不讓這位傑出的冶金學家返回紅色中國，遲遲不發籤證。直到1951年秋，他才得以取道香港，回歸闊別十多年的祖國。回國當年，李薰便著手創建中國科學院金屬研究所。此後三十年里，他既將目光放在國際金屬研究的前沿，又始終堅持科學研究要符合國家建設，為我國的國防和科技事業做出了很大貢獻。

中國科學院金屬研究所全景

李薰不僅是二戰中的無名英雄，更是新中國國防建設的無名英雄。當提到我國第一顆原子彈、第一顆返回式人造衛星、第一艘核潛艇時，人們往往會想到錢三強、趙九章等人，卻很少有人知道，製造這些裝備的很多關鍵材料都是李薰領導研製的！

1983年3月，為了探索中科院面向經濟建設的新路子，李薰決定到攀枝花鋼廠考察。然而，長期的冶金實驗讓他患上了嚴重的心肺疾病，在前往攀枝花途中，他不幸舊疾突發去世。為了熱愛的祖國和科技事業，李薰真正做到了「鞠躬盡瘁，死而後已」！

中國科學院金屬研究所內的李薰塑像

專題回顧：《這位院士原是小八路》

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人物小檔案：

李薰（1913.11.20 – 1983.3.20），我國著名金屬物理學家，國際冶金學領域的一代宗師，中科院院士，曾任中科院副院長兼技術科學部主任。於20世紀40年代發現了鋼中氫導致發裂及去氫規律，成為該領域的創始人，轟動了世界科技界。創建了中科院金屬研究所並擔任所長近30年，為我國第一顆原子彈、第一顆返回式人造衛星、第一架超音速噴氣飛機及第一艘核潛艇提供了關鍵材料，為我國的科技和國防事業做出了卓越貢獻。

名言：

科研工作是要為國家織出整匹錦緞，而不是在一條破褲子上綉出一朵花。

備註：文中圖片除特殊說明外，均來自中國科學院金屬研究所網站。

參考文獻：

[1] 李望平,冼愛平. 李薰傳[M]. 北京:科學出版社, 2013.

[2] 張保成. 丹心百鍊鋼——記著名物理冶金學家李薰[J]. 自然辯證法通訊, 1981(5): 66-76.

[3] 張謙生. 傑出的物理冶金學家李薰[J]. 湖南黨史, 1995(2): 24-26.

[4] 師昌緒,譚丙煜. 深切懷念李薰同志[J]. 金屬學報, 1985(2): 3-8.