Cottrell教授科學(xué)生涯中與金屬學(xué)有關(guān)的故事拾遺

供稿|楊平 /

內(nèi)容導(dǎo)讀

英國皇家學(xué)會會員、著名冶金學(xué)家Alan Howard Cottrell教授以其著名的“柯氏氣團”理論為金屬學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者所熟知。Cottrell教授在20世紀40—50年代因其對位錯及加工硬化理論的貢獻而聞名材料界。文章回顧和整理了與Cottrell教授相關(guān)的若干金屬學(xué)概念及理論，并對Cottrell教授人生歷程的相關(guān)片段進行簡述，希望能加深讀者對相關(guān)金屬學(xué)概念和理論以及它們相互間關(guān)系的理解，并對材料科學(xué)人物歷史有進一步的感知，進而更好地規(guī)劃國際化學(xué)習(xí)乃至自己的人生。同時文章也提及Cottrell教授與北京科技大學(xué)特別是柯俊院士的聯(lián)系，從而引出若干相關(guān)的知名學(xué)者的故事，引發(fā)了作者本人的人生感觸。希望廣大讀者緬懷材料大師，發(fā)奮學(xué)習(xí)，兼收并用，報效祖國。

如果問及學(xué)習(xí)過“材料科學(xué)基礎(chǔ)”(以前稱“金屬學(xué)”)課程的讀者：與Cottrell有關(guān)的基本概念或理論有哪些？估計大家都會立刻想到“柯氏氣團”——合金中溶質(zhì)原子富集在刃型位錯線上的狀態(tài)，即點缺陷與線缺陷彈性應(yīng)力場交互作用的結(jié)果；也有部分讀者會想到“Lomer-Cottrell”不動位錯或壓桿位錯；估計少數(shù)讀者還能記住塑性變形時機械孿生的Cottrell-Bilby位錯極軸機制。如果再問及Cottrell教授與北京科技大學(xué)的老師們有什么關(guān)系？可能大部分讀者就不清楚了。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的課堂上，由于授課時間的限制，教師沒有充裕的時間深入介紹這些概念間的聯(lián)系及知識背景的來龍去脈，但這些內(nèi)容，特別是Cottrell教授的科學(xué)生涯及科學(xué)貢獻確實有很多值得我們學(xué)習(xí)和重溫的故事。作者認為，作為教師，能夠在講清相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，將更深層次的科學(xué)聯(lián)系、科學(xué)背景生動地介紹給學(xué)生，是很重要的。其實這些故事的材料整理過程對教師而言也是一個再學(xué)習(xí)的過程。

Alan Howard Cottrell是英國皇家學(xué)會會員，著名冶金學(xué)家。本文簡單介紹了Cottrell教授的生平，回顧了“柯氏氣團”等基本概念及其相關(guān)的知識背景，特別提及一些課程中沒強調(diào)的與Cottrell相關(guān)的概念，且提及了Cottrell教授與北京科技大學(xué)教師的關(guān)系，由此引出他與一些相關(guān)的知名學(xué)者的故事，最后提及了筆者的一點感想。

Cottrell教授科學(xué)生涯

Cottrell教授(圖1)1919年生于英國的伯明翰，2012年去世。作者查閱了4篇刊登在著名期刊上的介紹Cottrell教授生平的紀念文章。較詳細的是英國伯明翰大學(xué)冶金與材料學(xué)院的Smallman會士和Knott會士撰寫的刊登在英國皇家學(xué)會會刊PRS上的長達33頁紀念文章[1]，因為伯明翰大學(xué)是Cottrell獲得學(xué)士和博士以及早期工作的學(xué)校。另一篇是英國劍橋大學(xué)材料與冶金系的Greer會士和哈弗大學(xué)的Spaepen教授在美國科學(xué)院院刊PANS上發(fā)表的較為簡單的介紹[2]。英國劍橋大學(xué)材料系是Cottrell作為系主任工作的大學(xué)。這短短1頁的簡單介紹文章中雖沒有引用Cottrell發(fā)表的文章，卻專門提及了他所撰寫的5本書籍[3-7]。還有兩篇分別是Cottrell領(lǐng)導(dǎo)過的、劍橋大學(xué)著名的電鏡專家Hirsch院士在Philosophical Magazine期刊專輯上的序文[8]和法國著名理論物理學(xué)家、與Cottrell一起研究位錯引起的加工硬化行為的Friedel發(fā)表的紀念文章[9]。之所以發(fā)表在Philosophical Magazine這個期刊，不僅因為這個期刊曾是英國最著名的期刊之一，曾與Acta Metall一樣著名，還因為這是Cottrell教授選擇發(fā)表文章的主要期刊。為紀念Cottrell教授，該期刊專門策劃出版專輯，收錄發(fā)表了16篇他的同事、學(xué)生及著名學(xué)者的文章。

圖1 1967年剛從英國皇家學(xué)會卸任的Cottrell教授照片[1]

表1給出了Cottrell教授科學(xué)生涯的主要人生軌跡。他在1948年發(fā)表文章提出了柯氏氣團[10]。隨后于1949年又發(fā)表文章描述了溶質(zhì)原子的富集過程和上下屈服點現(xiàn)象的應(yīng)變時效現(xiàn)象[11-12]。1954年提出Lomer-Cottrell不動位錯[13]。1955—1958年從事英國國防部核材料的研究工作。1958—1964年受邀親自重組并改建了劍橋大學(xué)的冶金系，使其成為全世界冶金物理領(lǐng)域最著名的高校。在1964—1974年的11年間，他任職英國政府部門高級咨詢專家。Cottrell的主要研究領(lǐng)域是位錯理論、加工硬化和強化、斷裂等力學(xué)性能行為。力學(xué)性能離不開斷裂，因而有很多位錯與斷裂關(guān)系的研究，屬于“材料力學(xué)性能”課程內(nèi)容，這里不作討論。Cottrell不但從事科學(xué)研究、管理工作，還從事教學(xué)工作，他講授化學(xué)冶金課程，并出版過教材。此外，他還撰寫了一本關(guān)于核材料和核安全的書[7]。他于1974—1986年的13年間擔任劍橋大學(xué)基督學(xué)院的院長，全面負責行政事務(wù)工作，直到退休?？梢奀ottrell教授不僅是一名專門進行理論研究的科學(xué)家，還具有卓越的行政管理、領(lǐng)導(dǎo)等全面的才能。除了1955年獲得皇家學(xué)會會士外，他還獲得過很多榮譽稱號，例如，美國科學(xué)院院士、瑞典科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院院士等，獲得Acta Metallurgica金獎、美國Hollomon獎、美國金屬學(xué)會金獎、英國皇家學(xué)會Copley獎、美國材料研究學(xué)會Von Hippel獎等。

20世紀40—50年代是位錯理論研究的鼎盛時期。Cottrell的研究領(lǐng)域是位錯理論，自然離不開與研究位錯的C. F. Frank、J. Friedel、Nabarro和研究點缺陷的A. Seeger、F. Seitz等的交流。法國著名物理學(xué)家J. Friedel在紀念Cottrell的文章[8]中給出一張珍貴的照片，照片中有當時許多著名的位錯及相關(guān)理論研究者，如圖2所示。這是一次由美國通用電氣(GE)公司研究室主任Hollomon倡議并于1956年在美國Placid湖召開的國際晶體位錯與力學(xué)性能的會議。除了這篇紀念文章的主人公Cottrell和Friedel(圖2黑方框內(nèi)的2人)外，還有B. Chalmers(提出晶界的過渡結(jié)構(gòu)模型、組分過冷概念)、J. C. Fisher(晶界擴散理論)、F. C. Frank(Frank不全位錯、Frank位錯分解法則、Frank多面體、Frank螺位錯生長模型)、H.Hollomon(Zener-Hollomon參數(shù))、J. S. Koehler(Peach-

Koehlor公式)、F. Seitz(Seitz符號)、W. T. Read(Frank-Read源、小角晶界的Read-Shockley公式及位錯模型)、N. F. Mott(Nobel獎獲得者，色心概念提出者)、J. D. Eshelby(位錯塞積理論)、F. R. N. Nabarro(位錯塞積、Pierls-Nabarro晶格阻力)、W. Boas(塑性變形經(jīng)典書籍編者)、P. B. Hirsch(1956年透射電鏡下觀察到位錯的運動、應(yīng)變誘導(dǎo)晶界遷移的電鏡照片)、S. Amelinckx(碳化硅晶體上螺位錯的生長臺階)、H. Suzuki(Suzuki氣團)、K. Lücke(40°<111>高遷移晶界理論，位錯運動速度與溶質(zhì)釘扎濃度關(guān)系理論)、C. S. Barrett(織構(gòu)的擇優(yōu)長大理論提出者)、A. Seeger(交滑移理論)，W. M. Lomer(Lomor-Cottrell鎖)、W. Shockley(Shockley不全位錯、小角晶界的Read-Shockley公式)。這些著名學(xué)者都在作者編撰的《材料科學(xué)名人典故》[15]一書中進行了介紹。

表1 Cottrell教授科學(xué)生涯的主要人生軌跡

圖2 1956年在美國Placid湖召開的國際晶體位錯與力學(xué)性能會議的參會者合影[8](下排從左到右：B. Chalmers，J. W. Mitchell，J.C. Fisher，F(xiàn). E. Binns. ；中排從左到右：D. S. Wood，J. J. Gilman，F(xiàn). C. Frank，T. Vreeland，Jr. J. H. Hollomon，J. S. Koehler，F(xiàn). Seitz，A. H. Cottrell，J. Friedel，W. T. Read，R. Thomson，W. R. Gruner，N. F. Mott；上排從左到右：J. D. Eshelby，R. W. K.Honeycombe，F(xiàn). R. N. Nabarro，W. G. Johnston (后)，W. Boas，P. B. Hirsch，S. Amelinckx，T. Suzuki，H. Suzuki，K. Lücke，P. H.Egli，C. S. Barrett，N. J. Wadsworth (后)，T. H. Blewitt，E. S. Machlin，C. F. Yost，G. Leibfried，A. Seeger (后)，W. M. Lomer，E. W.Hart，J. Washburn，W. Shockley，E. R. Parker，J. R. Low；方框中為Alan Howard Cottrell和Jacques Friedel)

與Cottrell有關(guān)的金屬學(xué)概念

柯氏氣團

柯氏氣團(Cottrell Atmosphere)指刃型位錯(線缺陷)與溶質(zhì)原子(點缺陷)的彈性交互作用導(dǎo)致的溶質(zhì)原子在位錯線上的富集現(xiàn)象，示意圖如圖3(a)。根據(jù)溶質(zhì)原子的尺寸大于或小于溶劑原子(或應(yīng)起膨脹還是收縮)，溶質(zhì)原子將沿著與圓形的等勢能線(h)垂直的路徑富集到位錯線上，其路徑是垂直于等勢能線的圓形曲線(x)，如圖3(b)[11]。Cottrell提出溶質(zhì)原子釘扎位錯的理論后，并未能證明其出現(xiàn)。后來是他的學(xué)生，來自澳大利亞的Neil McKinnon，利用P.Lacombe和J. W. Mitchell開發(fā)的浸蝕坑法實驗證明了這種氣團的存在[1]。

圖3 溶質(zhì)富集到位錯線上的過程(a)和位錯線附近等能量線分布和溶質(zhì)原子受力擴散的軌跡線(b) [11]

上下屈服點效應(yīng)與應(yīng)變時效[11-12]

若體心立方金屬含有微量的間隙原子(碳、氮等)，單晶體或多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線都會出現(xiàn)一個上屈服點和下屈服點，稱上下屈服點效應(yīng)(Up-low Yielding Point Effects)，如圖4(a)所示。其原因就是溶質(zhì)氣團對位錯的釘扎作用(上屈服點的出現(xiàn))和受力后被擺脫(下屈服點的出現(xiàn))的過程。出現(xiàn)柯氏氣團，自然就會有上下屈服點現(xiàn)象，接下來就會出現(xiàn)應(yīng)變時效。應(yīng)變時效指擺脫溶質(zhì)原子釘扎的位錯如果在一定溫度下溶質(zhì)原子擴散足夠快，而位錯運動進行的不是很快，溶質(zhì)原子就會重新富集到位錯線上，降低位錯運動速度；如果位錯受力增大，又擺脫溶質(zhì)的釘扎，反復(fù)出現(xiàn)此過程，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)特殊的鋸齒形狀產(chǎn)生應(yīng)變時效。工業(yè)上的應(yīng)用就是低碳鋼的上下屈服點和呂德斯帶表面質(zhì)量控制過程，如圖4(b)所示。位錯氣團與應(yīng)變時效的定量描述是Cottrell與Bilby共同撰文完成的[11]。Cottrell研究位錯與其他學(xué)者不同之處在于他總是試圖定量描述位錯的行為。Cottrell提出應(yīng)變時效理論中早期應(yīng)變時效與時間的2/3次方的定量關(guān)系是由其學(xué)生，來自芝加哥大學(xué)的S. Harper，用J. L. Snoek內(nèi)耗法證實的(Snoek氣團是“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程中介紹的三大氣團中的第2個)[1]。

Lomer-Cottrell不動位錯

英國劍橋大學(xué)的W. M. Lomer(1951年)和伯明翰大學(xué)的A. H. Cottrell(1952年)提出L-C鎖機制，又稱面角位錯、壓桿位錯或Lomer-Cottrell位錯鎖(Cottrell-Lomer Lock)[13,16]，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。從圖中可以看出，其產(chǎn)生的過程是兩個滑移面上的全位錯分解為擴展位錯后，兩個面上的領(lǐng)頭不全位錯反應(yīng)生成一個新位錯，處在兩滑移面的交線上，新位錯的滑移面與原兩個滑移面都不同，因此造成這種組態(tài)的各位錯相互牽制，很難整體運動，導(dǎo)致加工硬化，稱為L-C鎖。與Cottrell和Bilby共同完成上下屈服點效應(yīng)的文章不同，L-C鎖并不是兩人共同發(fā)表文章完成的，而是先后以兩種不同的觀點而發(fā)表的。Lomer認為是兩個全位錯在交線處進行反應(yīng)產(chǎn)生不動位錯[16]，而Cottrell認為是不全位錯間反應(yīng)的結(jié)果[12]。壓桿位錯(‘Stair Rod’ Dislocation)術(shù)語是N. Thompson提出的[17]，實際上Lomer–Cottrell位錯鎖是M. J.Whelan (1976年獲得英國皇家學(xué)會會士)首先在透射電鏡下觀察低層位錯的不銹鋼觀察到的[1]。

圖4 (a) 上下屈服點效應(yīng)圖；(b) Cottrell與Bilby的論文[11]中的低碳鋼中的屈服點效應(yīng)

圖5 Cottrell提出的L-C位錯形成的示意圖說明

Cottrell-Bilby形變孿生的極軸機制

A. H. Cottrell和B. A. Bilby于1951年提出BCC金屬孿生的不全位錯極軸機制(Pole Mechanism)[18]，見圖6。孿生時產(chǎn)生均勻切變，它是由每層原子面都分別切動同一個矢量得來的，但是很難設(shè)想BCC金屬的每層{112}面都恰好有一個柏氏矢量為a<11>/6的部分位錯存在并同時掃過。因而問題是一個部分位錯在一個面上掃過后是如何轉(zhuǎn)入相鄰的下一個面上去的。A. H. Cottrell和B. A. Bilby提出的過程如下：

設(shè)在(112)面上有柏氏矢量為a[111]/2的全位錯(如圖6的AOC)中的一段OB發(fā)生分解。

式中，a[112]/3部分位錯在(112)面不能滑移，OE段部分位錯就是螺位錯，可以交滑移到(121)面上去。OE位錯在(121)面掃動時，被不能滑移的OB段位錯拉住，成為極軸機制中1個結(jié)點。OB位錯作如下分解：

a[121]/6是(121)面的面間距，即OB段位錯的柏氏矢量有1個垂直于(121)面大小為(121)面間距的分量，OE位錯每掃過(121)面一次，與極軸位錯相交截一次，產(chǎn)生一個大小為a[121]/6的割階，掃動位錯就到了鄰近的(121)面。隨著這個過程不斷進行，就形成孿晶。不同晶體結(jié)構(gòu)中的形變孿晶都有相應(yīng)的位錯機制。

Cottrell與位錯塞積

位錯塞積與Cottrell教授有關(guān)是多數(shù)人不知道的。位錯塞積指一個滑移面上的一組平行同號位錯遇到障礙物時聚集在障礙物前并對障礙物產(chǎn)生很大應(yīng)力的現(xiàn)象。法國的理論物理學(xué)家J. Friedel提到[8]Cottrell首先提到位錯的塞積現(xiàn)象(1949年)并計算了一組n個位錯對障礙物的作用力[19](參考文獻[20]詳細介紹了Friedel家族的科學(xué)貢獻)，后來Eshelby、Frank和Nabarro計算了塞積群中各位錯的平衡位置[21]，由此可以證明位錯塞積現(xiàn)象的經(jīng)典工作與Cottrell有關(guān)。

圖6 Cottrell-Bilby提出的體心立方結(jié)構(gòu)中的孿生位錯機制[18]

Cottrell與多邊形化

多邊形化與Cottrell教授有關(guān)也是多數(shù)人不知道的。多邊形化原指金屬單晶彎曲變形時產(chǎn)生大量同號位錯，經(jīng)回復(fù)退火時，為降低能量，位錯經(jīng)過滑移、攀移排列成位錯墻而演化為小角度晶界的過程。這個現(xiàn)象是與Cottrell合作過的英國劍橋大學(xué)的R. Cahn觀察到并發(fā)表的。R. Cahn在1949年首先觀察到Zn單晶連續(xù)彎曲并退火后出現(xiàn)多邊形化過程[22]。J. Friedel在論文[8]中通過較大篇幅介紹這個過程：Cahn在劍橋大學(xué)師從Orrowan研究Zn單晶彎曲變形回復(fù)處理后的位錯組態(tài)變化，Cahn的岳父是伯明翰大學(xué)冶金系主任Hanson教授，Cottrell曾是Hanson的學(xué)生，他就讓Cahn問Cottrell，并在論文[8]中引用了Cottrell對此現(xiàn)象答復(fù)的原話，因而Cottrell對多邊形化理論也有貢獻，見表1。此外，J. Friedel還特別提到，多邊形化現(xiàn)象再向前朔源就可追蹤到1889年德國礦物學(xué)家O. Mügge(他是F. Laves在德國哥廷根大學(xué)的導(dǎo)師[23])提出的彎折現(xiàn)象(英文詞是Kinks，德文是Knikungen)，以及1912年和1926年其祖父G. Friedel在其晶體學(xué)教材中描述的類似現(xiàn)象(法文稱Pliegue En Genue，是膝蓋彎曲的含義)。

多邊形化可以形成亞晶，亞晶界的遷移可能完成再結(jié)晶的形核。再結(jié)晶形核機制之一是亞晶界遷移，Cahn[24]和Cottrell[25]對其做出的進一步研究提出并逐漸以Cahn-Cottrell模型被引用。該模型基于亞晶界包圍低位錯密度區(qū)所引起的多邊形化現(xiàn)象。一旦亞晶形成，就能由熱激活幫助晶界遷移而吃掉其他亞晶。因此，Cottrell不但對Cahn的多邊形化理論有貢獻，對再結(jié)晶形核理論也有貢獻。

Cottrell–Stokes定律

1955年，Cottrell和Stokes[26]在研究金屬塑性流變應(yīng)力與溫度、應(yīng)變量的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，鋁單晶在兩種不同溫度下拉伸流變應(yīng)力的比值在不大的應(yīng)變量之后其值保持恒定；該恒定值僅與形變溫度T1和T2有關(guān)，與應(yīng)變量無關(guān)，用數(shù)學(xué)式表示為：

而且，3個不同溫度(T1，T2和T3)下流變應(yīng)力之間的兩兩比值符合下面的關(guān)系：

上述規(guī)律被稱為Cottrell-Stokes定律。這個定律的實質(zhì)是說流變應(yīng)力中與溫度無關(guān)的τ和與溫度有關(guān)的τT兩部分的增長保持正比關(guān)系。

這個定律雖然沒有在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程上講述，但其涉及的現(xiàn)象或原因卻都有描述。流變過程就是位錯間相互作用過程，位錯間彈性交互作用(如塞積群中的位錯)是長程交互作用，與溫度無關(guān)；林位錯是垂直于主位錯滑移面的位錯，會阻礙滑移面上運動的位錯，與林位錯的切割機制產(chǎn)生割階(據(jù)說割階Jog是Frank提出的)，屬于短程交互作用，短小的線缺陷Jog受溫度影響顯著。

Cottrell教授與柯俊院士

北京科技大學(xué)著名金屬物理(后稱為材料物理)教授柯俊院士與Cottrell有密切聯(lián)系，詳見《柯俊傳》[27]?？驴∠壬?948年在英國伯明翰大學(xué)獲得博士學(xué)位并留校任教，而Cottrell是1942年獲博士學(xué)位。圖7(a)是柯俊先生留下的一張1948年拍攝的珍貴照片，上面有Cottrell、柯俊先生和R. Cahn教授。當時三人都是講師，而當時的系主任是Hanson教授。Cahn最有影響的工作是編輯了國際上冶金物理方面最權(quán)威的、號稱是金屬學(xué)領(lǐng)域“圣經(jīng)”的《冶金物理》(《Physical Metallurgy》)一書，一直到1996年的第4版；第5版是2010年他去世后由美國卡內(nèi)基梅龍大學(xué)的David E. Laughlin教授和日本的Kazuhiro Hono教授編輯的，我們教學(xué)研究室購買了3本一套的原版書，作為我們教改研究的資源。另外，R. Cahn是我國外籍院士，晚年出版了《走進材料科學(xué)》(《The Coming of Materials Science》)一書[28]，并被譯成中文[29]，使我們更多的學(xué)生與教師關(guān)注到材料學(xué)科的歷史發(fā)展(在科學(xué)研究相關(guān)歷史人物方面我國在理工科院校教學(xué)當中一直比較欠缺，讓學(xué)生與教師感到幸運的是，北京科技大學(xué)材料學(xué)院設(shè)置了相應(yīng)的選修課)。Cahn在書中第一個致謝的就是Cottrell會士，稱其為長達半個多世紀的朋友和恩師；并說Cottrell幾乎從Cahn剛剛步入科學(xué)研究時起，就悉心指導(dǎo)他；還特別強調(diào)了Cottrell對冶金物理學(xué)向材料科學(xué)的轉(zhuǎn)變起的重要作用。作者在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程中與Cahn相關(guān)的內(nèi)容中只找到了多邊形化這個現(xiàn)象。Cottrell和Cahn研究位錯與塑性變形(Cottrell是位錯研究組的組長)，柯俊先生研究相變(作者推測，相變研究組的組長是來自牛津大學(xué)的G. Raynor，研究合金的組成)?？驴∠壬?965年在北京科技大學(xué)用英文講課[27]，大學(xué)二年級學(xué)生使用的教材就是Cottrell編的教材《冶金學(xué)導(dǎo)論》(《An Introduction to Metallurgy》)[6]。圖7(b)是1998年柯俊先生邀請R. Cahn到北京科技大學(xué)訪問時的照片?？驴∠壬?006年還邀請了位錯研究領(lǐng)域的大師Nabarro來北京科技大學(xué)并在我校材料名師講壇上作報告。

圖7 (a) Cottrell、Cahn和柯俊于1948年合影；(b) 1998年Cahn與柯俊在北京科技大學(xué)校園[27]

另外應(yīng)注意的是，柯俊先生也與另一位Cottrell共同發(fā)表了鋼中的貝氏體轉(zhuǎn)變一文[30]，這使我們誤以為是同一個Cottrell。但與柯俊先生共同發(fā)表文章的Cottrell全名是Stanley Arthur Cottrell，而本文主人公是Alan Howard Cottrell，他被封爵后有時也被寫成S. A. Cottrell (Sir Alan Cottrell)，與 S. A. Cottrell表達相同，所以容易被誤認為是同一人。

從《柯俊傳》中還能看到這樣一段描述(第190頁)：在伯明翰大學(xué)柯先生結(jié)識了很多年輕有為、思想活躍的材料學(xué)家，其中有呂克博士(K. Lücke)，那時兩人就結(jié)下深厚的友誼。后來Lücke作為德國亞琛工業(yè)大學(xué)的著名教授，促成了1979年德國亞琛工業(yè)大學(xué)與北京科技大學(xué)的合作。2019年北京科技大學(xué)舉辦了隆重紀念兩校40年合作的活動。Lücke教授恰好是作者博士答辯時的第二導(dǎo)師，相關(guān)內(nèi)容的詳細介紹見文獻[31]。圖2中的Lücke是作者見到的最早一張青年時代(1956年)的照片，圖8(a)是作者見到的第2張Lücke的照片，來源于北京科技大學(xué)國際處，是1980年9月北京科技大學(xué)代表與亞琛工業(yè)大學(xué)代表團合影。恰巧與作者收藏的第3張照片是同一個月拍攝的，見圖8(b)，這是1980年9月Lücke與R. Cahn參加丹麥Risf國家實驗室再結(jié)晶及晶粒長大國際研討會時的照片，Lücke的發(fā)型和裝束與圖8(a)很相似。參考文獻[31]中的圖6是作者保留的第4張Lücke的照片，拍攝于作者博士畢業(yè)答辯之時。2001年10月在德國亞琛Lücke教授去世。從相識到永別，前后跨度45年，時光如梭，令人感慨。

故事講述到這里，由主人公Cottrell引出了我校的柯俊先生，這里補充一點作者與柯俊先生的短暫接觸及感想。作者在北京科技大學(xué)讀書期間，金相專業(yè)與金屬物理專業(yè)分屬兩個不同的系(材料系和理化系)，不但本科生接觸少，研究生交集也較少，直到作者留校做輔導(dǎo)員和青年教師與柯俊先生也是接觸很少的。1997年作者從德國亞琛工業(yè)大學(xué)畢業(yè)回國后有幾次與柯俊先生的接觸。正如《柯俊傳》中所提到的，首先是1998年開展的國家重點研發(fā)計劃“973超級鋼”項目研究，該項目是柯俊先生、師昌緒先生建議國家設(shè)立的科研項目，自己有幸在孫祖慶教授的領(lǐng)導(dǎo)下參加了研究，多次參加柯俊先生在場的研討、匯報。其次是《柯俊傳》中提到的柯俊先生在1970年從事過6.5%Si高硅鋼的研究，而作者自己在2012—2014年也參加過國家863高硅鋼的研究，應(yīng)該說又有了實質(zhì)性的進展。20世紀70年代恐怕很難進行深入的高硅鋼織構(gòu)研究，而30年后，我們可以用不同的工藝制備4種不同類型的有利織構(gòu)了，即{100}織構(gòu)、立方織構(gòu)、高斯織構(gòu)和{210}<001>型織構(gòu)的高硅鋼，有效提升了磁性能。第三次接觸是2006年我的導(dǎo)師G. Gottstein教授到北京科技大學(xué)材料名師講壇作報告時，柯俊先生非常重視，不但因為這是來自與我校合作的德國亞琛工業(yè)大學(xué)，還因為Gottstein是Lücke的學(xué)生和接班人(德國亞琛工業(yè)大學(xué)金屬學(xué)及金屬物理所所長)?？驴∠壬鷮ｉT送給Gottstein一本他自己寫的書，但忘了簽名，晚上我拿這本書請柯俊先生簽名時，柯俊先生又給我講了他與Lücke 在德國哥廷根大學(xué)的友誼。我非常敬佩柯俊先生對那個時代幾乎所有的國際材料名人都了解的那么透徹，對每個人他都能講出讓你非常感興趣的親身經(jīng)歷的小故事。

圖8 (a) 1980年9月北京科技大學(xué)代表與德國亞琛工業(yè)大學(xué)代表團合影(箭頭所指為Lücke教授和柯俊院士)；(b) 1980年9月Lücke與R. Cahn參加丹麥Risf國家實驗室再結(jié)晶及晶粒長大國際研討會時的照片

結(jié)束語

通過對與Cottrell相關(guān)的科學(xué)故事及他的人生經(jīng)歷的回顧有如下收獲：一是對7個相關(guān)概念有更深層次的理解；在更高層面上了解Cottrell在冶金物理學(xué)中由定性描述向定量描述及推動冶金物理學(xué)向材料科學(xué)的轉(zhuǎn)變中所起的作用；二是對歷史人物的人生軌跡有所了解，我們不妨與自己結(jié)合一下并思考、感悟人生；三是體會一下名人就在我們身邊，并不遙遠；每當在課堂上講到這些概念時，這些故事和畫面就會浮現(xiàn)在眼前，栩栩如生。本文的撰寫對作者來講，也是一次再學(xué)習(xí)過程。目前我國本科生學(xué)習(xí)進入到國際化階段，隨著歷史的遠去，我們不應(yīng)忘記這些在材料科學(xué)領(lǐng)域中做出貢獻的人和故事。

【春天的腳步】陳躍先 攝