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110周年校庆专题 | 忆学院前身,回味峥嵘岁月(一)

在新中国建设和发展的过程中,乐鱼全站app的材料学科从逐渐萌芽、生长到如今枝繁叶茂,为祖国输送了一批又一批人才。那时少年,今时少年,带着清华自强不息的精神,我辈人永远风华正茂,让我们一起忆往昔峥嵘岁月,挖掘历史长河沉淀的宝藏,体会风清气正的学科文化,品味不同时代的使命担当。

1 寻根历史——担历史使命,纳众家之长

“材料科学”这个名词和材料科学与工程(MSE)这一概念诞生于20世纪六七十年代的美国。中国的材料科学与工程教育起源于部分高校的采矿系、矿冶系等,文革前,我国基本上承袭了原苏联的培养模式与体系,材料科学技术人才被分割在十几个专业培养,分属于冶金、机械、化工等系内。我国材料学科的起步始于20世纪五十年代。

20世纪50年代中期,世界科学技术在原子能科学技术、电子科学技术、火箭、自动控制等领域有了突破性进展。与此同时,新中国已经基本建立了门类齐全的工业体系和相对齐全的科研机构和部门,开始规划在第二、第三个五年计划时期全面开展经济建设,实现社会主义工业化。新中国第一个中长期科技规划《1956-1967年科学技术发展远景规划》,于1956年底开始执行。这一规划从矿冶、机械制造、化学工业、土木建筑、国防等13个方面提出57项重大科学任务,并综合提出原子能的和平利用、寻求新的冶金过程、新型动力机械和大型机械等12个重点任务。

为了适应世界科学技术的发展和国家建设的需要,乐鱼全站app从1955年起陆续创建新技术专业。

1956年,为响应国家对于原子能专业人才的需求,乐鱼全站app组建工程物理系;同年,由于原子能事业对材料的特殊需求,李恒德院士牵头建立了我国第一个核材料专业,后来又正式成立了核材料教研组。

1959年,江作昭作为建材教研组主任,负责组建土木系建材与制品专业;1970年,建材与制品专业正式更名为无机非金属材料专业,划归化学工程系。

1960年,冶金系从机械制造系中划分出来,其中包含金属学及热处理设备专业;1961年,冶金系增设了特种冶金及材料专业;1978年,机械制造系改名为机械工程系,由铸造、锻压、焊接、金属材料4个专业组成(每个专业相应设有教研组);1979年,金属材料教研组一分为二,一部分归属金属材料教研组(于1988年并入材料科学与工程系),另一部分组建金属学教研组。

到了80年代,面对高新技术发展对材料人才培养需求的变化,特别是面对国外材料学科教育的改革,我国教育模式与内容的弊端越来越凸显。旧培养模式与体系也很难再维持,而不得不进行改革。乐鱼全站app材料学科教育改革是具有代表性的。

1979年,乐鱼全站app材料科学研究所成立。材料科学研究所是材料大学科框架下各学科联合的第一个产物。1988年,工程物理系材料科学教研组、机械工程系金属材料教研组、化学工程系无机非金属材料教研组,合并为材料科学与工程系。

2012年,原材料科学与工程系、原机械工程系材料加工学科合并组建了乐鱼全站app。

2 三系设置教研组——研究紧贴发展需求

在材料科学与工程系建立前,工程物理系、化学工程系和机械工程系就已经设立了和材料相关的教研组,并在各自的研究方向上作出代表性的贡献,为后面三系合并教学与科研做出初步的探索。

工程物理系材料科学教研组

研究方向

1. 核材料

2. 激光表面处理

3. 金属离子束表面改性

4. 腐蚀与防护

代表性成果

凝胶沉淀法研制二氧化铀微球;对离子注入对钢的磨损的影响因素的规律性研究等。

化学工程系无机非金属材料教研组

研究方向

1. 结构陶瓷

2. 功能陶瓷

3. 陶瓷复合材料

代表性成果

作为高压钠灯核心部件的透明氧化铝陶瓷灯管的研发和应用;氮化硅陶瓷刀具的发明与应用等。

机械工程系金属材料教研组

研究方向

1. 特种冶金

2. 高温合金

3. 海洋平台用钢、管线用钢

4. 电子器件封装工艺

5. 大型机件失效研究

代表性成果

火箭发动机耐高温材料的研发;高温力学性能测试设备、高温快速拉伸试验机的研发;新型空冷贝氏体钢的研发;《机械零件失效分析》书籍编写等。

3 助力科研——两大材料研究平台的建设

3.1 组建材料科学研究所

建立前的故事

材料科学研究所是在材料系建系前,材料学科的各个分支联合的初次尝试。

20世纪70年代末,有教授提出国内建立材料科学与工程系。1980年,教育部派出前往美国考察材料学教育的访问团,访问团总共5位,其中清华的老师有3人,由李恒德教授带队,张孝文教授也是其中一员。考察团先后考察了包含麻省理工学院、加州大学伯克利分校在内的12 所美国高校的材料学科建设。

考察团回国后,形成总结报告递交教育部,针对国内材料学科的建设和人才培养提出了一系列建议。清华派出考察的三名老师在内部讨论后,于1981 年在专门会议上向学校领导正式建议在我校成立材料系。

当时考虑到各种现实因素,马上成立一个材料系不现实,所以就先成立了一个跨系的材料科学研究所,由李恒德教授担任第一任所长,管委会由工程物理系、物理系、机械工程系、化学工程系的教师组成。

机构组成

材料科学研究所下设五个研究室一个中心。它们是:金属材料研究室、特种陶瓷研究室、高分子材料研究室、薄膜材料研究室、固体物理研究室;材料科学中心包括一个中心实验室,它集中了所内先进的测试分析设备;还有一个新型材料数据库,负责采集、评价和存取有关新型材料的科技数据,为新材料研究服务。此外核能所还设有一个材料研究室。

材料门类

乐鱼全站app材料科学研究所是一个综合性的、宽谱的材料研究所,它所涉及的材料门类齐全。在结构材料方面有:金属与合金、高温结构陶瓷、特种塑料、高比强比模纤维、高性能复合材料;在功能材料方面有:敏感材料、功能薄膜、微结构超薄层材料。工作内容从理论研究到实际应用,技术和手段也是多样化的。

技术突破

由于当时的乐鱼全站app是一个多科性的理工科大学,因此尽可能广泛地吸收新技术并将之用于材料科学研究,如建立在核技术的基础上的离子束分析(包括散射,沟道,质子荧光、核反应分析)、穆斯堡尔谱、正电子湮没以及X射线衍射中的位置灵敏探测等技术;在无线电电子学的基础上,乐鱼全站app还自行研制了超声显微镜和SIMS等。这些技术是材料研究的强力支持。

成果闪耀

研究所建立早期,接受国家“六·五”重点攻关任务、各部委任务、科学基金等总计47项;获国家科技进步奖、国家“六·五”攻关表彰、部委奖励、省市奖励等共49项。此外,共鉴定科研成果44项,申请并获专利23项。在“七·五”计划中,研究所承担了“高温结构陶瓷”、“垂直磁记录薄膜”、“陶瓷基复合材料”等国家攻关任务。

3.2 成立中心实验室

日积月累谋发展

1979年材料科学研究所成立以后,需要一个实体机构,所以在1980年又筹建了材料中心实验室,当时称为乐鱼全站app材料科学研究所中心实验室,当时没有几台设备,而今中心实验室的公用平台有各类大型精密分析测试仪器五十多台。

1980年建立之初,仅有五台设备:3MeV 串列静电加速器;X射线衍射仪D/max 3A;S450 扫描电子显微镜(来自世界银行贷款);穆斯堡尔谱仪(物理系代管);正电子湮灭装置(物理系代管)。

1980-1996年期间,自筹和自建了高功率X射线衍射仪、离子束增强镀膜机及真空退火炉等设备。

1996年至1997年,国家实行211工程,建设了透射电子显微镜、扫描电子显微镜、高分辨X射线衍射仪、热分析系统和金相制样系统等。

1997年材料科学研究所更名为材料科学与工程研究院,中心实验室被命名为材料科学与工程研究院中心实验室,此后实验室得到快速发展。

2000年,国家开始执行985工程计划,中心实验室建立了纳米压痕仪、振动样品磁强计、X射线荧光光谱仪、高温X射线衍射仪、钨灯丝扫描电子显微镜、TTR3 衍射仪、PPMS物理性能测试系统和高温力学试验机等,并增加了热分析系统,后期自筹经费购置了一台二手高功率X射线衍射仪。

2005年,211工程2期购入两台X射线衍射仪(高功率多晶衍射仪和高功率单晶衍射仪)。

2008年,材料中心实验室升级为校级分析测试平台。电镜分室建设成为国家级电镜中心(北京电镜中心)。

2011年,实验室建立了电子探针、高灵敏度磁学系统(SQUID)、升级PPMS、热分析红外质谱联用系统、拉曼光谱仪、比表面孔隙度分析仪和DMA动态力学系统等,并自筹建立了用于表面分析的X射线光电子能谱仪(这是实验室首次自筹建立重大新方向装备)。

2015年,实验室建设了扫描俄歇探针、高分辨高灵敏度表面分析系统(包括Xe离子FIB,定点微区拉曼,TOF-SIMS,EBSD,EDS,SEM)、多功能扫描探针、热膨胀相变仪,更新了高分辨X射线衍射仪和高温X射线衍射仪、振动样品磁强计、X射线荧光光谱仪、纳米压痕仪。

此阶段中,还建立了透射电子显微镜,增加了扫描电子显微镜以及特殊功能的X射线衍射仪、比表面分析仪、热分析仪等数台设备。

自主创新得硕果

中心实验室(尤其是XRD实验室)自十年以前至今,一直处于世界先进水平,设备在各行业中也属顶尖,这一点受到业内人士、学院、学校、媒体的认可;同时,中心实验室还在数据质量、仪器改造、配套软件、数据库等方面有多项技术创新成果。

1. 首创用于衍射仪的 SDD 探测系统,能够在维持高峰背比的条件下立即将衍射强度提高三倍,可提高数据质量,如灵敏度等。(2015 年-2016年)

2. 编制源自免费开放的单晶结构库(COD)的粉晶XRD 数据库,并投入开放使用,由此不再受国外粉晶数据库的版权限制,并可随时更新。(已更新至2019年)

3. 七台多晶衍射仪的角度准确度(一致性)达标准值±0.008度,长年维持此角度,属世界顶尖水平,保证了用户的实验数据质量。(2013年-2016年)

4. 提出能在多相谱中分析某选定物相的点阵参数的谱拟合分析方法,并编制程序开放使用。(2011年)

5.首创卡片计算谱全谱拟合定量分析程序、大批量同类样品全自动定性定量分析程序、可自动克服重叠峰影响的 K值法定量分析程序、不需同类完美晶体标样的晶粒大小分析程序,并推广应用。(2008年)

6. 完整的源代码自编全套粉晶 XRD分析程序,并且推广应用。(2006年-2016年)

7. 上世纪末至本世纪初,为国内多个实验室成功改造六十余台进口衍射仪的控制系统,推广到原 36 所重点高校中的十所、我国三大油田及武钢、太钢、攀钢等单位。(1990年-2002年)


结语

乐鱼全站app材料学科发展是在时代发展潮流中应运而生,自出生起,就凝结着国家、学校以及各院系的汗水和辛劳,担负着突破重要领域技术发展的使命,身兼重任,今日之成就也不负国家和人民所托。继往开来的新时代,仍需要铭记历史,不忘“材料人”的初心,勇担使命,再创辉煌。

编辑 | 潘婷 孙硕 赵若时

审核 | 王秀梅 喻妍

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