我参加了航空工业建设

化工系1952届校友 赵卫新

    1949年暑假，北平解放仅仅半年，我高中毕业，报名高考。我自幼理想就是读“工学院”，但由于对大学系科设置茫然无知，就错误地填写为“北京大学理学院化学系”，一字之差，我被录取到北大理学院化学系，我不高兴，因为我认为“理学院”就是培养中学教师，我不想当中学教师；工学院才能培养在大工厂中工作的“前途无量”的工程师。在化学系度过了一年，暑假到来，我向系主任递交了转系申请，很容易地被批准转到“北京大学工学院化工系”，于是我开始了工科大学生的生涯，发现化工系和化学系的一、二年级课程完全一样，其实没有差别，但到了三年级化工系就学“化工原理”、“工业化学”、“工程画”等工科课程了，还到工厂参观。本来还应该再学一年工科专业课，但国家决定，由于开始第一个五年计划，急需大学生到生产第一线，我们就在1952年暑假毕业了。

    大学三年的学习生活，让我感到了北京大学自由又严格的学风，讲课老师都是著名教授，课堂上各位教授讲课风格不同，但都是旁征博引，稍不注意就落入五里雾中，听课不敢稍稍懈怠，也因此基础课学的比较扎实。三年级时学了一年工科课程，比一般情况下少学一年，但这一年学的知识，在以后的职业生涯中却起了关键性的作用。

    1952年暑假我们毕业，国家统一分配；我被分配到“重工业部航空局设计处”（现在的中国航空规划建设发展有限公司）。从此，我的一生投入了国家的航空事业，从一个小小的视角，体验了新中国的航空事业从几乎为“零”的旧中国的航空班底，经过艰苦奋斗，发展为今天的辉煌格局。我们许多大学毕业生分配到这里，被委以重要的设计任务，我们具体体会到，确实是因为国家的急需，我们才提前毕业来到工作岗位的。因此工作责任心不敢稍怠！

    我被分配到“动力大组”。1956年后成立冷冻组从事低温、低压等环境实验的设备设计业务。飞机从地球表面飞到高空，要经受气候、温度、压力等等的变化，要有相应的设施才能保证飞机正常飞行。因此各研究机构和制造工厂要有相应的环境实验设备。

    我到冷冻及环境实验设备组后参加了多项设计工作。其中最让我忘不了的是以下五项工作：

    第一，航空工业的第一个低温室

    歼击机的飞行高度为2万米以内，属于同温层内，温度为-56. 5°C，要求飞机各部件能在-60°C下正常工作。1956年在新来的苏联资料及苏联专家的指导下完成了第一个设计供飞机起落架试验用，采用氨做制冷剂的配套制冷机组，蒸发温度-65°C时产冷量为10000大卡/小时，机组由大连冷冻机厂配合试制，低温室设在沈阳，为砖混凝土结构，保温层为25厘米原软木，净工作容积为15立方米左右，于1957年调试成功。其后设在其它市的几个工厂也相应建成。我们独立设计的“低温室”有钢结构的、木结构的、一箱多室的，供飞机附件及仪表厂使用。

    第二，自行设计较大 型高空室（或称低温低压室）

    歼击机除在低温环境下工作外，还有高空低压环境：飞机在2万米飞行时，为40毫米汞柱的压力；在2万5千米飞行时，为18.6毫米汞柱压力；这就要首先研制18千瓦发电机的高空实验室；1965年在哈尔滨电碳厂建成供发电机电刷试验的高空室，室外装有拖动电机，通过密封传动装置带动低压室内的发电机，发电机需要空气冷却，其量为235升/秒，故需较多的真空泵抽取。在低压条件下，制冷蒸发器的传热差，需较大的制冷蒸发器及循环风机。这个高空室建成后，按同样技术条件下，于1970年在陕西省兴平航空电机厂完成另一台高空室的建筑，作为整个航空发电机的试验装置。在总结前一装置下，技术水平有较大提高。

    在此之后与上海冷气机厂合作，我们设计采用他们现有的设备及标准，研制多种多台低温箱和高空箱，净容积有10立方米、4立方米、1立方米等。制冷剂由氨的改为氟利昂22的，也有采用氟利昂13及22的复迭机组，温度为 -70°C，压力为18.6毫米汞柱。

    第三，热力膨胀阀的研制

    热力膨胀阀是制冷机的重要部件之一。我们使用的制冷干式蒸发器多用压力膨胀阀控制，理想的热力膨胀阀能最大的发挥蒸发器的作用，提高制冷能力，又能保证安全工作，我国以前生产的膨胀阀是按照美国40年代产品仿制，70年代上海恒温控制器厂研制生产新膨胀阀，由于没有掌握它的控制原理而失败。我收集了国外许多杂志的文章编译了一本小册子“制冷控制元件热力膨胀阀”，受到上海恒温控制器厂等单位的欢迎，并有几个单位复制了该资料。后来我们同毛主席纪念堂技术人员与浙江新昌南明机械厂联合研制并通过了鉴定，但由于种种原因当时未能批量生产。（以后，我离开了研究组，发展情况进展也不知道了）。

    第四，发动机高空点火实验室

    实验室用来检验歼击机在高空飞行时突然熄火后再点火的性能也是歼击机飞行低温研究重要领域之一，我们第一次设计是在70年代进行的，由于种种原因未施工；第二次设计是在90年代中期，采用飞机上的膨胀涡轮制冷，其原理是压缩空气绝热膨胀对外做功，空气内能降低，其转速为每分钟2万转以上，在高空下要求空气流量为0.5公斤/秒，温度-61°C。此项研究非常重要，但我因为临近退休，没有坚持到研究工作的结束。

    除了上面列举的四项航空低温制冷的研究项目外，我还有幸参与了毛泽东主席纪念堂主席遗体保护设计。

    毛主席逝世时，遗体临时保护方案我参与了意见。我院派2人常驻人大会堂直至瞻仰完毕。其后我院派多人参加毛主席遗体保护专用设备设计组，我具体参加了制冷设计。由于保密工作的要求，具体研究过程及研究成果不予多述。总的要求是遗体要长期保存，要设计设备万无一失，如果一个坏了另一个必须马上启用，因此备用量大。纪念堂使用我们设计的制冷设备近30年了，虽然使用的详情不了解，但听说效果很好。

    我学到的“工科”知识，用在了国家的航空低温环境设备设计研制，我见证了国家航空工业从极为落后到辉煌的一个侧面。步入老年，回想一生，对“工科学生”的必需具有的条件，有几点不成熟的体会：第一，必须要有不亚于理科学生一样的基础知识，才能在工科领域的工作中发现不足，不断创新；第二，必须有自己动手的能力、兴趣、技巧，才能校正在工作中的微小误差，让研制工作顺利进行；第三，研制是和试制相联系的，我们作为设计人员，必须和试制的工人队伍密切合作，才能让研制工作顺利进行，因此“工科学生”必须锻炼自己的群众工作能力。第四，“工科”设计研究繁重，必须有健康的身体做后盾。

    我的不成熟的四点体会，谨献给母校工学院重建10周年！

科研道路上的几点体会

工学院化工系1952届校友 苏 锵

    一，科研之路与国家需要紧密相连

    少年时期饱受战乱之苦，他对那段艰苦的生活至今记忆犹新。七岁那年，日寇疯狂轰炸广州，为躲避战乱，一家人从广州逃到澳门，无依无靠，更不可能找到工作，一家人根本就没饭吃，一路颠沛流离，最后辗转到广州湾（今湛江市）。”后来，广州湾也被日本人侵略，已无处可去，提心吊胆地躲逃日寇飞机的轰炸，敌机时常突袭，有一次，有颗炸弹就落到离自己和同学所在地方几米远的地方，幸好没爆炸才躲过一劫。经历战火岁月，从小深深体会到弱国被欺凌的痛楚。
    1948年，我同时被中山大学和广东省立文理学院（今华南师范大学前身）录取，但我选择了又报考中山大的“化学化工系”，因为当时广州物价飞涨，为了将来能找份养家糊口的工作，决定选择应用广泛的化工领域。后来又转入北京大学化工系，从此北大工学院教育我成长。 1950—1952年，在母校工学院化工系学习区间，受益很大，有些事情记忆很深。我们班里，同学很少，只有7人，做物理化学实验和工业分析时，天平比我们人数还多，化工单元操作也比较全，傅鹰系主任给我们讲物理化学课非常好，到抚顺炼油厂和硫酸厂以及到锦州石油六厂实习对我收益非常大。解放初期政治运动比较多，参加政治运动不免与学习有矛盾，但这时政治思想已经逐渐成长，明确了学习的目的是为国家服务，不仅仅是为养家糊口，社会工作和业务学习有了矛盾，只能是加倍努力学习，把参加社会活动耽误的学习，以加倍的努力补上不足。这锻炼了我以后在科学研究中遇到与其他事情发生矛盾时如何正确处理的能力。

    1952年北大化工系毕业，我被分配到长春应用化学所。报到后立即接受紧急研究任务：由于美国封锁，新中国石油缺乏，锦州石油六厂为炼制石油，急需解决钴钍催化剂空白的困境。我当时的抱负就是要为祖国的石油工业贡献力量，接到任务后，非常兴奋，不顾严寒，马上行动。1952年10月我和其他研究人员，冒着严寒，乘坐牛车、运货的敞篷车穿过大、小兴安岭。到黑龙江中苏边界的黑河采集矿样；经研究确定这里的矿床不符合要求，又改用广西平桂矿务局所属矿，采集独居石作为原料，炼制钴钍催化剂中的钍（钍是与稀土伴生在独居石矿砂中的），建立了从独居石中分离钍和稀土的中间工厂。1954年完成任务后，回到长春应用化学所，改变了当初为国家石油工业献身的志愿，以后就继续做稀土的工作了，一直至今，已经63年。

    二，科研之路就是人生之路

    回忆自己的科研历程，我主要做了以下几项工作：

    1，稀土元素的分离：稀土元素的化学性质很类似，很难彼此分离，很难得到纯的单一稀土，20世纪初，稀土在元素周期表中的位置还不像现在清楚。直至上世纪40年代中，受到美国曼哈顿的原子能计划的促进，当时为了分离锕系放射性元素，使用了离子交换法。由于离子交换法是一个可以进行连续分离的技术，连同稀土的氧化、还原变价方法的发展，以及稀土分析仪器和分析方法的发展，用于稀土的分离也获得了成功。在此之后，国外才实现了可以生产全部纯稀土元素，从而有条件开展稀土材料的合成、性质与应用的研究；在此之前，主要使用混合稀土。

    在上世纪的50年代至70年代，我根据当时国家的需要，从事自稀土矿中提取，分离和提纯稀土的研究，建立中间工厂。并结合实际应用，开展配位化学，萃取化学，溶液化学与变价化学等基础研究。从锦州石油六厂建成从独居石分离钍和获得混合稀土富集物后，1958年首先在国内长春应用化学所，建成了从独居石和包头矿的混合稀土中分离稀土的中间工厂，获得了除鉕和钪以外的15个纯稀土的中间工厂。1970年在江西南昌，参加了从钨细泥中用萃取法分离稀土的工作，获得了纯钪。至此，我们的课题组在国内实现了分离并获得全部纯稀土。

    2，稀土中的钇不属于镧系元素，由于它的离子半径类似于镧系而混入镧系的行列，一般是位于重镧系部分。但由于它的离子半径是取决于化学键的共价性的变化，因此按钇的化学性质排序，它在镧系中的位置也是可变的。

    在上世纪50-60年代，我根据大量镧系与钇在不同化合物中的化学性质变化顺序，提出了钇与镧系彼此之间的位置变化的规律。共价性大时，它的性质类似于重镧系而位于重镧系部分；但当离子性大时，则位于轻镧系部分。根据这一变化规律， 我在应化所开展了使用溶剂萃取法分离稀土的研究，用添加氨水的水杨酸，马尿酸和环烷酸等有机羧酸的溶剂萃取法分离钇，当使用环烷酸萃取时，可以把钇的位置调到轻稀土的镧的前面，它的萃取性质不同于重稀土，从而实现了目前在工业上已广泛使用的环烷酸萃取分离钇的方法。此外，我还曾研究了变价稀土的制备和变化规律，提出了铈的湿法空气氧化法，避免了干法氧化的粉尘，改善了环境，已在工业生产中应用。

    3，深入研究稀土元素的性质：在国外，在上世纪40年代中，由于采用离子交换法解决了较大量生产各个单一纯稀土以后，开始了大量研究不同稀土的性质，特别是稀土的激光性能和发光性能，在60年代初就发现钕，钐的激光，以及以后一系列的稀土红外激光，除了大量使用钕激光器用于测距，军用寻的，医疗等外，稀土铒的光纤放大器已经成为目前跨洋远距离激光通讯不可缺少的材料和设备，现在，稀土激光晶体和光纤已成为固体红外激光器的主流。在70年代，又发明了使用钇，铕，铽的三基色节能荧光灯，目前已广泛应用。60-70年代，在稀土磁性材料方面，发明了钐钴永磁材料，它的最大磁能积远高于过去使用的铁氧体和铝镍钴，崭露了稀土卓越的磁学性能。

    在50-60年代，我国稀土的应用主要是混合稀土，包括打火石，硅铁稀土合金，球墨铸铁和稀土抛光粉等。在方毅同志定期在包头主持的4.15会议上，根据当时我国已经可以生产每个纯稀土的情况，我提出了应重视和开展单一纯稀土应用的建议，从应用混合稀土进入应用各个稀土的时期。

    50年代末，我们将中间工厂得到的纯氧化钕立刻交给位于应用化学所对面的中科院长春光学精密机械研究所，研制钕玻璃激光器，（钕玻璃激光器在国外是60年代初发现的），长春光机所利用我所提供的氧化钕，很快也于60年代初在我国制得第一个钕玻璃激光器，缩短了与国外的差距。在此之后，我国开辟了应用其他纯稀土的研究，很快生产出使用重稀土钇，铕，铽的三基色节能荧光灯。这样利用我国具有丰富重稀土的优势，我国已成为生产与出口稀土三基色节能荧光灯的大国。

    三，誓以“稀土”为国增“光彩”

    70年代以后，在国外大量开展了纯稀土的光、磁，电等物理性质和催化等化学性质的研究，发现稀土具有很优良的性能。特别是在光学性能方面，观察到不同的稀土具有不同的光谱和光学特性，研制出发射不同波长的稀土发光材料和激光材料，用于照明，显示，通讯，医疗，激光武器，激光核聚变等工业与国防等各个领域。90年代末，发明了使用稀土荧光粉的白光发光二极管LED, 比稀土三基色荧光灯更节能，使用寿命更长，稀土给人类带来了光明。

    随着彩电的出现与发展，稀土发光材料又先后大量应用于阴极射线彩电，PDP彩电和液晶彩电和手机的背光源上，产生各种鲜艳的彩色，稀土又为世界增添了光彩。在化学性质方面，发现有些稀土具有储氢的性能，利用镧-镍金属间化合物制成储氢电池；有些稀土又具有储氧的性能，利用铈催化剂用于处理汽车尾气。

    在磁性材料方面，80年代，研制出性能最优良的钕铁硼永磁材料，磁能积最高；加入稀土镝以后，大大提高了矫顽力，成为“永磁王”，目前，它已在风力发电机，电动机，耳机，手机等能源、汽车、军用和民用领域获得广泛使用，稀土就在我们身边，成为我们日常生活中不可缺少的一族元素。

    目前，国外正在大力将稀土的基础研究结果扩大至医疗和生物等各个领域的应用，并大力研发稀土探测器，现已广泛使用于医院的各种近代成像设备中，如CT, PET-CT, SPECT , X射线透视等高能射线探测器和MR造影剂，稀土已成为保护人类健康不可缺少的重要材料。

    由于稀土在各方面的应用，它已成为全球的战略元素。在国内，70年代以后，每种单一的纯稀土已经可以得到，根据国家的需要，我转入稀土固体化学和稀土材料的基础研究和应用研究。重点围绕稀土光谱和稀土光学材料开展工作。参加了测距用的掺钕铝酸钇激光晶体和液态激光材料的研究。并研究镝的发光性能，研制出镝的高压汞灯，通过吉林省的鉴定，并获得国内与韩国的专利。他们又研究稀土的长余辉稀土荧光粉，用于图像的存储与显示，以及用于交流LED，减少灯光闪烁，与企业合作投入生产。

    在稀土光谱的基础研究方面，我研究了稀土离子光谱的电荷迁移带，获得了计算稀土离子光学电负性的公式。所得数据的系统性和规律性都优于现有周期表的电负性数据。只要从实验求得三价铕离子的电荷迁移带，就可以计算出其他稀土未知的电荷迁移带的位置，计算值与实验值的符合很好。“稀土离子光谱性质的研究”于2001年获得中国科学院自然科学二等奖。

    在变价稀土的研究方面，我们首先提出了在含四面体硼酸根的硼酸盐中，可以在高温空气下直接还原制得低价铕、钐和镱的简易和安全的不等价取代法，不必使用氢气等易燃、易爆的气体；并从缺陷化学的角度，提出了还原的机理。随后又从硼酸盐扩大至用于含四面体基团的硼磷酸盐，铝酸盐和硅酸盐中铕等变价稀土在空气下的还原。此法获得了国外文献的广泛引用。  

    1999年底，由于广东省有很丰富的稀土资源和稀土离子吸附型矿，轻、重稀土俱全，我回到广州中山大学化学与化工学院继续开展稀土工作，并与长春应化所合作。

    其时，正是国外白光LED刚研制出来不久，在广东珠江三角洲很快就开始跟上的时候。在广东省的大力支持和与企业的合作下，我们的研究团队很快就在学院内开展了稀土白光LED的研究，并结合PDP彩电所需的真空紫外荧光粉和场发射FED彩电的荧光粉，合成了大量的可以发射不同颜色的稀土发光材料，研究其光谱和发光性能。做到了发光颜色与色坐标可调，色域可调，色温可调和显色指数可调。

    我们研究了发光强度和荧光寿命与温度的关系，用于测量温度和用于航天器的风洞测温；还扩展了激发波长至高能区域，使用X射线，g射线和b射线作为激发源，研制稀土固体剂量器，用于探测从事放射性和高能射线的人员、航天员和航天器所受的射线剂量；并研制稀土固体闪烁材料，用于航天，安检，保安，高能物理，天体物理与医疗等方面。

    最近，我国高能物理所在大亚湾中微子地下实验室对中微子的研究获得了举世瞩目的基础研究结果，他们主要使用大量的稀土钆液体闪烁体来制作中微子探测器。

    我国将很快从稀土资源优势，转化为经济优势和科技优势，从稀土大国成为稀土强国。我要为此奉献余生！。

编者按：苏锵院士是北京大学化工系1952届校友，1995年当选为中国科学院院士，曾当选为第八、九全国政协委员；现任广州中山大学化学系教授。苏锵院士自1952年毕业开始就从事稀土化学与物理的研究工作，对稀土的分离、稀土材料的研制与应用以及性质变化规律的探寻做出了贡献，是中国稀土研究的开拓者之一，为国家培养了一大批中国稀土科学研究的中间力量。在稀土研究领域提出了一些重要创见，在实践中超过国外操作途径，在基本理论上有所发展。苏锵起主要作用的“稀土的提取、分离、分析和应用”研究获全国科学大会奖。曾任1989年第四届国际稀土光谱讨论会主席。本人发表学术论文450多篇，出版《稀土化学》专著一本，国际和国内会议论文集两本。获授权发明专利20余项。

背景阅读：《科学中国人》杂志对苏锵院士的报道