刘安生

 

刘安生,电子显微学和微分析技术专家,他致力于材料的微结构和微缺陷及性能与工艺条件关系的研究,创建了我国唯一的超高压电子显微技术应用研究室,率先建立了微分析室,在我国发展了各种超高压电子显微技术和各种微分析技术,并将这些技术应用于我国有色金属、稀有金属、合金、陶瓷、复合材料和半导体材料研究中,取得多项创新成果,促进了新材料的发展。

     

我国超高压电子显微分析技术的创业者

   

上世纪七十年代初,刘安生和李永洪、赵卓雍等人从超高压电子显微镜实验楼的设计建设开始,创建了我国唯一的超高压电子显微技术应用研究室,开展了各种高压电子显微技术和实验方法(加热动态实验、应变原位观察实验、电子辐照效应实验方法、临界电压效应实验方法、磁畴观察技术、高分辨衍衬技术、多重暗场像和多束像成像技术等)的研究和应用。研究成果在重要刊物上发表,收到专家学者的好评。

 

1997-2001年刘安生和孙继光、邵贝羚等同事一起对超高压电子显微镜进行了改造,重新设计和制造了新的真空排气系统,将原来与镜筒连接的管道改造成自同轴柔性连接,不仅保证了真空度的提高,而且防止真空系统的震动传递到镜体,使分辨率不受影响,有效地降低了试样的污染速率和高温动态研究时试样表面的氧化,极大地扩展了高温动态实验的范围。在超高压电子显微镜改造中还增设了高温拉伸动态观察试验功能,可以进行高至1000℃下的形变机制的动态研究。超高压电子显微镜改造中,他们设计、制造和安装了具有变速扫描扩展功能的视频/慢扫描双模式数字图象接收处理系统,可以用于获得更高分辨率的动态图像记录,使电子显微图像的观察、记录、存储、处理、传递产生了根本性的变革。

   

首次提出钾泡形成的新机制   

  刘安生和他的研究小组在世界上首次采用加热动态试验技术直接观察和记录了掺杂钨丝中钾管分裂、球化和钾泡形成的全过程。提出并论证了钾泡分裂的动力是形变储能,分裂的微观机制是钨的增原子表面定向扩散和一次分裂的钾泡数受其表面能制约的新的钾泡形成机制和强化模型。他们还采用超高压电子显微镜的形变动态观察技术成功地记录和分析了掺杂钨丝在形变过程中位错的发射、运动、与钾泡相互作用的行为,以及钾泡在裂纹形核和扩展中的作用。研究结果被“中国科学”中、英文版刊用和国外有关专业杂志选登。用分析电子显微技术确定了常温下泡壁上的钾与基体钨的晶体学取向关系。研究了不同丝径( 0.35-1.25mm)掺杂钨丝的再结晶行为,发现粗细钨丝都有二次再结晶,更正了长期以来认为粗丝(> 0.6mm)无二次再结晶的结论。首次报道了掺杂钨丝在使用温度下出现小平面化和迁移行为,证明了小平面为低能面,为提高掺杂钨丝的高温蠕变性能提供了改进方向。结合掺杂钨丝加工工艺,研究了不同高温蠕变性能的钨丝的微观组织和结构,获得大量工艺条件与微结构关系的电子显微图片,找到钾泡的弥散度与其高温性能和常温塑性的关系,为长寿命掺杂钨丝工艺改进提供了依据,论证了钾泡对位错运动和晶界迁移的有效钉扎是钾泡高温弥散强化的本质。制定出新的掺杂钨丝弥散热处理工艺,使有关钨丝厂家生产出来的掺杂钨丝不仅具有高的抗高温蠕变性能,而且,具有良好的常温塑性,质量获得全面提高。为国家标准《钨钼材料图谱》提供了大量典型工艺的组织结构图像照片,该图谱于1986年获电子工业部科学技术进步一等奖,国家标准局科学技术进步二等奖。
   

材料微结构与性能和加工工艺的联系

   

绝大多数材料都是结构敏感的,有什么样的组织结构就具有什么样的性能,而组织结构又取决于材料的成分和加工工艺。尽管材料科学已经给出了它们的一般规律,但是,对于具体材料,它们的组织结构和性能、以及加工工艺之间还有其特殊的关系。他的科学技术生涯就是在研究一些有色金属材料和电子材料的微结构、微缺陷与其性能、加工工艺的关系中度过的,并且取得一些创新性的研究成果。

微结构的研究不仅对新材料的研发十分必要,对于传统材料性能的改进和提高也是很有用的。对锆焊缝的热影响区的显微组织结构进行了分析研究,发现在热影响区的片状α相晶粒之间和原β晶界上连续分布着不耐腐蚀的Zr(Fe,Co)2和Zr2Fe第二相沉淀,由于晶间优先腐蚀,造成锆材晶粒大量剥落致使容器泄漏破坏。知道原因以后,容器焊接后,对焊缝进行适当的加工和退火处理,打碎晶界上第二相的连续分布就有效地提高了耐酸锆容器的耐蚀性能,极大地延长了锆罐的使用寿命。

   

努力推广和普及材料微分析技术的应用

   

刘安生在没有原著的情况下,利用图书的照片努力钻研衍射衬度的运动学理论和动力学理论,后来又将电子显微学的经典著作《薄晶体电子显微学》翻译成中文,由科学出版社正式出版,介绍到国内。到上世纪七十年代中期,应用电子衍射的动力学效应开展了各种高压电子显微技术的研究和应用。到八十年代初,他又用较大的精力关注相位衬度成像机制的高分辨电子显微技术和分析电子显微技术的发展,先后翻译了《材料评价的高分辨电子显微方法》、《材料评价的分析电子显微方法》和《二元状态图》等书籍,并由冶金工业出版社出版,对普及电子衍射和衍衬理论、高分辨电子显微实验技术和分析电子显微实验方法起到促进作用。为推动高压电子显微技术的应用,特别是原位动态研究的交流,还主编了两部《电子显微技术在材料科学中的应用》(I)(II)(英文)。他十分注意理论和试验技术的结合,一直坚持亲自参与和进行试验工作,试验中他始终注意理论对试验的指导,使试验图像符合运动学条件或动力学条件的理论要求,确保了拍摄的试验图像是可以解释的像,保证了图像的真实性和准确性。

 

简历

 

1937年12月    生于安徽省安庆市

1956—1961年   四川大学物理系学习

1961—1980年   北京有色金属研究总院金属物理研究室技术员、工程师

1980—1986年   北京有色金属研究总院金属物理研究室工程师、研究室副主任

1987—1988年   日本金属材料研究所客座研究员

1989—1995年   北京有色金属研究总院分析测试技术研究所高级工程师、教授   级高级工程师、副所长、院学术委员会副主任、院学位委员会委员

1995年—       北京有色金属研究总院分析测试技术研究所教授级高级工程师

北京有色金属研究总院供稿

采编/木子亙

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