Peter Haasen教授、金属物理及经典书籍《物理冶金学》

杨平教授

图1《物理冶金学》第2版、第4版、第5版封面及第3版编者说明

Cahn逝世后，由美国卡内基梅隆大学的Laughlin教授、日本国立材料研究所的Hono教授主编了《物理冶金学》，中南大学出版社购买了其影印版权，将其中文名译成《物理冶金学》，北科大金属物理教研室将其译为《物理金属学》。

Haasen教授与亚琛工业大学金属学及金属物理所第一任所长Lücke教授都是哥廷根大学的博士，20世纪50年代同时分别担任两所大学的金属物理研究所所长。Haasen的研究领域有亚稳及非晶相的热力学、再结晶、电子显微术、场离子显微术、断裂、内耗、霍尔效应、离子晶体的塑性各向异性；Lücke的研究方向有短程有序、内耗法、辐照损伤、塑性变形、再结晶、晶粒长大、织构等。两人的研究方向很相似，是典型的金属物理研究内容。Haasen除了参与编写Cahn的巨著《物理冶金学》《材料科学与技术》系列丛书外，还编著了德文的《物理金属学》教科书，1974年第1版，1984年第2版，见图2（a）。Lücke并没有直接出版教材，但他作为Masing的助手在1950年出版的《通用金属学教程》（图2（b））一书中做出很大贡献，Masing在教材前言中也对其给予致谢。Lücke的继任者亚琛工业大学金属学及金属物理所所长Gottstein教授2004年出版了英文的《材料科学的物理基础》教材，见图2（c）。Gottstein教授在该书的前言中明确写道，这本教材适合材料工程与金属物理专业学生使用；这本教材建立在哥廷根大学Masing德文教科书《金属学导论》(Einführung in Die Metallkunde/Introduction to Physical Metallurgy)基础之上，继承了Tammann、Masing、Haasen、Lücke的哥廷根学派风格。可见，亚琛工业大学的教材也显示了哥廷根大学金属学及金属物理的教学风格，一脉相承。

图3(a)是笔者进行课程建设时收集到的一张珍贵照片，笔者的导师Gottstein教授（左，他是Lücke的学生、亚琛工业大学金属学及金属物理所第二任所长），N. Hansen教授（中，丹麦Risø国家实验室材料部门主任、美国金属学会Mehl奖获得者）和Haasen教授（右，美国金属学会Mehl奖、Campbell奖获得者）三人合影。Haasen于1988年9月被聘为北京科技大学的名誉教授（图3（b））。Hansen教授也是北京科技大学新金属国家重点实验室聘请的客座教授，他是第5版《物理冶金学》塑性变形一章的编写者，在形变组织演变的基础研究中做出重要贡献。书中对形变组织碎化过程出现的几何必需晶界、伴生位错晶界等相关术语的系统整理都是他完成的。因此，亚琛工业大学金属学及金属物理所与哥廷根大学金属物理所从学术、教材、教材编写者等几个方面都同出一辙。

在哥廷根大学，金属学的教学与研究最早是在化学系。Tammann（图4（a））1903年到新成立的化学教研室任负责人，1905年转到物理化学所接替诺贝尔奖获得者Nernst任所长，直到1930年退休。Cahn在The Coming of Materials Science(《走进材料科学》)一书中讲述支撑材料科学的三条腿（三个基础）中的相图与亚稳相时，介绍了Tammann的贡献为：测定了1900多种合金体系并创建了合金相图，编写了《金相学教程》（Lehrbuch der Metallographie）；研究了金属塑性变形机理与再结晶过程“修复”变形金属。Tammann先完成了从化学到冶金学的转变，又从冶金学到物理学的转变，最后成为金属物理学科的带头人之一。Johnson-Mehl-Avrami方程是1939年提出的，而Tammann于1898年就提出了该方程。Mehl在Cahn编写的第2版《物理冶金学》中第1章“物理冶金学的历史发展”中还提到Tammann将许多基础信息及理论方法带入了物理冶金学，在相变机理上也有开创性的工作，提出相变都要经过形核和长大过程，1926年Volmers提出的形核理论也受到Tammann原理的影响。Tammann进一步提出，控制凝固时只有一个核出现时，就可得到单晶。这个思路也影响了后来制备单晶的Bridgman方法和Czochralski方法。Tammann还最早研究了金属的回复过程：1922年Tammann发明了测量金属氧化层厚度变化速率的方法，确定了厚度随时间的抛物线关系。物理化学所所长Tammann的继任者A Eucken任所长期间，金属学方向名存实亡。而原来的普通化学所在所长Wartenberg领导下的无机化学部中还设立着金属学。1938年物理化学所所长Eucken的接替者G Masing所长（见图4（b））将无机化学所改名为普通金属学研究所，同时将物理化学所中的金相教研室划在金属学研究所内。图4（c）是北京科技大学毛卫民教授参加国际晶体学织构及各向异性研究学术会议时在哥廷根大学博物馆拍到的有关Tammann教授介绍的展板照片，展板中信息显示（1）发表了500多篇文章，这在那个年代是非常之多的；（2）20世纪20年代开辟了金属物理研究领域；（3）解释了金属塑性和再结晶等典型的金属物理研究内容以及需要位错线缺陷和晶界面缺陷理论；（4）虽然多数工作是技术应用，但个人目标却是发展纯科学。其第3个特点显然是金属学及金属物理学家的特点，而不是物理化学家的。从那个时代起，Tammann与Masing的研究所就有两派之争，即向化学方向发展还是向金属领域发展？这在研究所历史一文中(哥廷根大学金属物理所为P Haasen教授60岁生日的学术活动而写的文章)有具体过程记载。金属学与金属物理的差异也在Haasen和Gottstein的教材前言中介绍，类似于Cahn对旧式冶金学与物理冶金学差异的讨论。

Masing是Tammann的学生，是名副其实的金属学家，他的研究方向是二元、三元合金热力学及凝固、再结晶、硬化及腐蚀。他撰写了有重要影响的教材《通用金属学教程》。1956年Masing去世，德国金属学学会设立了Masing奖章。在哥廷根大学金属物理所史中写道，化学所内化学家与金属学家一直存在争论。大学决策人决定寻找物理学家，向物理方向转移，1958年学物理的Haasen受聘成立哥廷根大学金属物理所并任所长（Lücke于1957年作为美国布朗大学教授放弃了应聘哥廷根大学所长，应聘到亚琛工业大学成立金属学及金属物理所并任所长），开始金属物理的研究。

Tammann与Haasen的研究成果在材料科学基础教材中都不占主要位置，却对材料科学基础教学产生了重大影响，其中以Tammann名字命名的概念、公式或装置有21个，例如，Tammann温度（固态能够明显进行化学反应的最低温度，金属、共价键物质、离子键物质Tammann温度不同；Tammann温度的本质应该就是材料科学基础课程讲的纯金属的再结晶温度）、Tammann炸弹、Tammann式炉子、Tammann浓溶体定律、Tammann恒等式、Tammann液体压缩性恒等式、确定渗透压的Tammann方法；Tammann于1922年发现了氧化层生长厚度的抛物线规则，即材料科学基础教材扩散一章中讲的扩散深度的抛物线法则；Tammann规则——二元合金中重元素溶解更多的轻元素，而轻元素溶解较少重元素；生长单晶的Tammann方法（之后才有Bridgeman单晶生长方法）等。德国材料学会设有Tammann奖章。Tammann倡导从物理的角度研究金属，因此被称为金属物理研究的开拓者。

20世纪50年代，Haasen等在单晶Al及Ni中观察到的应变软化现象，也称著名的Haasen-Kelly effect，被编入第2版Cahn的《物理冶金学》一书中。应变软化现象指室温拉伸形变时，屈服后卸载再加载，显示流变应力提高，然后下降，即形变伴随软化现象，见图7（a）。这种效应随卸载时形变量的大小而变，拉伸形变量越大，应变软化效应越明显，见图7（b）。该现象与Cottrell的上下屈服点效应或应变时效相似，但与溶质原子与位错的交互作用无关，与晶界作用也无关。这是由于卸载时位错的再调整所致。文中提及Lücke早先观察到此现象，但以应变时效来解释此过程。可见Haasen和Lücke师兄弟二人研究的相似性。笔者在高锰钢TRIP过程中观测到的相变，主要与母相FCC有关，与新相BCC关系较小。

1994年Haasen教授去世后，哥廷根大学的金属物理所的发展基本停止。图5是Haasen于1985年获得美国ASM学会Mehl奖的报告首页以及刘治国教授和北京科技大学金属物理系主任朱逢吾教授在哥廷根大学金属物理所读博期间的研究成果。

北科大金属物理教研室投入了大量的人力首先于20世纪80年代将Cahn的第2版《物理冶金学》翻译成中文，名称为《物理金属学》，见图8。随后我国材料界，在师昌绪、柯俊先生的组织下将Cahn、Haasen、Kramer的系列丛书《材料科学与技术》译成中译本，作为金属物理、金属学和材料科学与工程专业的教学参考书，也可作为科研人员和工程技术人员参考。

特别还应提到的是北科大金属物理教研室的肖纪美先生还牵头将德国金属材料的“Bible”教材——Haasen的原德文、后英文版的《物理金属学》译成中文，柯俊先生完成校稿，见图9。在该书中有Haasen为中文版写的前言，给出了翻译此书的背景：1978年葛庭燧先生访问了哥廷根大学金属物理所，同年，Haasen教授回访了沈阳金属所，并顺道访问了北京钢铁学院，柯俊先生及教研室老师热情地承担了该书的翻译。1979年柯俊回访了哥廷根金属物理所，并请Haasen为中文版写了前言，见图9(c)。柯俊在校对后记中写道，北京钢铁学院金属物理专业与哥廷根大学物理系金属物理专门化有同一指导思想，因而由北京钢铁学院金属物理专业来承担翻译工作是适当的。由于语言文化的差异，Haasen的德文书名称是Physikalische Metallkunde中文名称应译为《物理金属学》，但Haasen本人将其译为英文时使用的是Physical Metallurgy，而这个名称译成中文时，多数译为《物理冶金学》。在我国金属学与冶金学的含义是有差异的。Haasen教授编著的1970年版英文《物理冶金学》，中译本《物理金属学》于1984年出版，图9为中译本《物理金属学》封面、封底及Haasen写的中文版前言。

《柯俊传》（见图10）中“世界上第二个金属物理专业”的说法中，其中一段节录如下：1955年，柯俊被任命为新成立的物理化学系主任，1956年学校正式批准成立金属物理教研组，同年9月第一批金属物理专业学生入学。北京钢铁工业学院（1960年更名为北京钢铁学院，北京科技大学的前身，简称钢院）金属物理专业是世界第二个、中国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。而其开展的专题报告会内容包括了金属的范性形变、相变、位错、组织结构等。可见，这些内容就是金属学基础研究内容。笔者后来询问金属物理专业老教师，确认《柯俊传》提及的“第一个”是指苏联的莫斯科钢铁学院，不是指德国哥廷根大学的金属物理。柯俊先生曾向笔者介绍过当年在哥廷根大学受到Lücke的接待，看了若干诺贝尔奖获得者的墓碑。所以笔者一直误以为是北科大在学习德国的金属物理，如今幸得澄清。不管怎样，北科大的金属物理专业及教研室为我国材料专业的教学人才培养做出了巨大贡献，作为“文革”后第一届考入北京钢铁学院的本科生，笔者以及同学们一直以钢院的金相专业和金物专业是学校最有特色的两个专业而自豪。我国建国初期多以金相、金属学、金属物理建立专业，“金相”在英美、德国、苏联都有使用，但“金属学、金属物理”主要在德国、苏联使用，英美多用“物理冶金”，后来都改为材料科学。我国1956年前后同期设立金属物理专业的还有武汉大学、兰州大学等。

图 10《柯俊传》封面

Haasen在我国的金属学、金属物理、材料专业人才培养方面也产生了重要影响。Haasen招收我国的第一个博士生是南京大学材料系的刘治国教授。刘治国1980年起留学德国哥廷根大学，跟随Haasen教授从事相变机制与相变动力学研究，1984年获哥廷根大学理学博士学位，同年回到南京大学固体微结构实验室工作至今，长期从事铁电介电材料，特别是新型存储器和场效应器件用铁电介电薄膜研究，获2005年国家自然科学二等奖（排名第一），获省部级科技奖励7项，参与撰写专著4部，发表科研论文400余篇，参与主编的《材料科学导论》获2005年国家教学成果二等奖。Haasen招收我国的第二个博士生是北京钢铁学院金属物理系的朱逢吾主任，他回国后从事金属间化合物的氢脆研究、薄膜材料研究。Haasen招收我国的第三个博士生是萧思群博士，他作为郭可信院士在上海交通大学招收的出国研究生，1991年获哥廷根大学博士学位，先后就职于美国FEI电镜公司和美国应用材料公司。哥廷根市的一个著名景点是牧鹅女铜像及喷泉，见图11（a），传说她是全世界被亲吻最多的女孩，据说哥廷根大学每个毕业的博士生都要亲吻牧鹅女才算真正博士毕业，图11（b~c）是萧思群博士毕业答辩后被四人大轿抬着去牧鹅女景点，头上戴着的是根据他个人的特点制作的博士帽。这个习惯也被Lücke教授带到亚琛工业大学金属学及金属物理所，笔者毕业答辩后也戴上了这样一顶博士帽。

图12 Haasen教授60岁庆祝活动合影（萧思群博士提供）

金属学、金相、金属物理这三个常见的相互关联的专业词汇（专业或教研室或课程的名称），与我们的学生、教师时代关联，发生了很大的变化，这是历史的发展所致，与北科大材料专业教学与科研发展息息相关。材料科学基础课程是由金属学或金属学原理演变而来，拓展为由金属、陶瓷、聚合物等组成的材料。金属学课程在1952年北京科技大学建校时就设立了，招收了第一届金相专业（或金属学及热处理专业）的学生。第一任教师是徐祖耀先生，然后有刘国勋先生、宋维锡先生、余永宁先生。笔者从1986年硕士毕业开始接触这门课程，到现在讲授课程及建设课程已断断续续30多年。1956年开设金属物理专业，柯俊先生开始了金属物理教学。而哥廷根大学的金属物理研究从20世纪20年代就开始了，1957年建立了金属物理研究所。

北科大的金属学课程教学有两条线路，一是材料学专业学生课程及使用的教材，先后有1980年出版的刘国勋主编的《金属学原理》和2000年出版的余永宁教授主编《金属学原理》，其中余永宁教授主编《金属学原理》到2020年已经出版第3版（分上中下三册）；另一条是材料加工专业及冶金专业、高等工程师学院使用的宋维锡教授编的《金属学》教材，于1980年出版，到现在已经出版第2版，印刷了23次。这些教材可谓是经典流传。

1961年北京钢铁学院（现北科大）金相教研室出版了由宋维锡、刘国勋、余永宁、李景慧、宋沂生等编写的最早一版《金属学》教材，见图13。这个风格在后来的《金属学》一书中也有体现。许冶同教授和他的巨著《钢铁材料学》评价道，中国学者编著大学金属学及热处理专业的教材始于1960年代，多为各大学教研室集体编写，其中1961年这版《金属学》便成为中国工科教材脱胎于翻译苏联教材的珍贵历史性记录。北京钢铁学院金相专业第一任教师徐祖耀老师出版的《金属学原理》是在离开北京钢铁学院到上海交通大学后于1964年出版的。目前我国材料科学基础教材也被翻译成英文版，进入国际化教学领域，展示了我国“双一流”建设的成效。

（1）获得美国Mehl奖及Campell奖的杰出材料物理学家Haasen与Cahn合编名著《物理冶金学》（或《物理金属学》）中的两版；也参与了材料工作者系列丛书《材料科学与技术》的编写；还编著了德文教材《物理金属学》，在教材建设上做出了重要贡献；还培养了3名金属物理专业的中国博士生。

（2）哥廷根大学的金属物理研究从1920年代Tammann任物理化学所所长开始，后经Masing强化了金属学研究，从Haasen开始于1958年成立了金属物理研究所，与其并行的、来自哥廷根大学的Lücke教授同时在亚琛工业大学成立金属学及金属物理所，开展金属物理研究；在教材建设上，其学生、新所长Gottstein教授编著了材料科学的物理基础教科书，由德文也译成英文；德国金属学学会设立了Tammann奖章、Masing奖章。

（3）1956年北科大是国内第一个或第一批建立金属物理专业的高校，仅比建校就成立的金相专业晚4年。金属物理专业由金相专业分离出去，属理科专业，任课教师将多部经典书籍译成中文，为教学和人才培养做出了重要贡献，在国内产生了重要影响。

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