吳自良

吳自良（1917年—2008年），浙江浦江人。材料科學家，中國科學院院士，“兩彈一星”功勳獎章獲得者。

1939年畢業於北洋工學院，1948年獲美國匹茲堡卡內基理工大學博士學位。50年代，從事蘇聯低合金鋼40X代用品的研究，對建立中國低合金鋼系統有示範作用。60年代，領導並完成了鈾同位素分離用“甲種分離膜”的研製任務。1988年轉向研究高溫超導體YBCO中的氧擴散機制，求得了精確的氧擴散率和擴散激活能，在磁控濺射c取向薄膜中，發現膜的增氧速度，端賴於垂直c－軸單晶的位錯管道所提供的快速氧輸運過程。1980當選為中國科學院院士（學部委員）。

吳自良是上海市政協第五、六、七屆常務委員，中國金屬學會第一、二、三屆理事，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員。

基本介紹

• 中文名：吳自良
• 國籍：中國
• 民族：漢族
• 出生地：浙江省浦江縣
• 出生日期：1917年12月25日
• 逝世日期：2008年5月24日19時45分
• 職業：唐山交通大學（現西南交通大學）冶金系教授，研究員
• 畢業院校：西北工學院，卡內基·梅隆大學
• 主要成就：兩彈一星”功勳獎章

人物生平

早年經歷

1917年（民國六年）12月25日，出生於浙江省浦江縣前吳村。他幼年喪父，由母親和兄、姐撫養成人。

1926年（民國十五年），就讀於浦江縣浦陽國小，1929年畢業後赴杭州入浙江省立第一中學國中學習，1932年考入浙江省立杭州高級中學。

1935年（民囯二十四年），中學畢業後，考入北洋工學院，先讀礦冶，後轉學航空機械。

1937年（民囯二十六年），抗日戰爭爆發，北洋大學內遷陝西省城固縣，與焦作工學院合併為西北工學院，吳自良隨遷。

1939年（民囯二十八年），吳自良大學畢業後，被分配到雲南壘允中央飛機製造廠設計科任設計員。

1942年（民國三十一年），由於工廠遭日機轟炸後解散，撤退到昆明，他任中央機器廠副工程師。

求學歷程

1943年（民國三十二年），吳自良在大姐的資助下，自費赴美留學，在美國匹茲堡卡內基理工學院（今卡內基·梅隆大學）冶金系讀研究生，師從物理冶金學家C.S巴瑞特（C.S Barrett）教授和物理學家R.斯莫洛柯夫斯基（R.Smoluchowshi）教授。留學期間，他悉心鑽研物理冶金學，1948年（民國三十七年），完成題為《片狀鋁單晶中滑移機制和內耗的關係》的學位論文，獲理學博士學位，畢業後留在卡內基理工學院金屬研究所作博士後研究。

中科院院士 吳自良

1949年，吳自良應聘到錫臘丘斯大學材料系任副研究員，主持“軟鋼中阻尼和疲勞”的研究。1950年春被選為美國科學促進會會員。

中華人民共和國成立後，於1950年年底取道香港回國，任北方交通大學唐山工學院（唐山交通大學，現西南交通大學）冶金系教授。

科研之路

1951年夏，吳自良應聘為中國科學院工學實驗館（今中國科學院上海冶金研究所）研究員，負責物理冶金方面的科研工作，先後擔任物理冶金研究室主任、副所長、學術委員會主任等職。

1954年，領導完成了中央軍委下達的抗美援朝前方需要的特種電阻絲研製任務，獲得獎勵。

1956年，完成的蘇聯低合金鋼40X 的代用品的研製，獲國家自然科學獎三等獎。

60年代，上海冶金所與原子能所、復旦大學等單位的科研人員組成第十研究室聯合攻關，吳自良兼任該室主任，主持研製分離鈾同位素的核心部件甲種分離膜，於1964年試製成功並投入使用。

70年代，提出和指導了大規模合成電路用矽材料品質因素的研究，取得了多項成果。

1980年，被選為中國科學院學部委員（1993年改稱院士）。

1984年，獲國家發明獎一等獎和國家科技進步特等獎。

1997年，獲得何梁何利基金科學與技術進步獎。

1999年9月，在慶祝中華人民共和國成立50周年之際，被中共中央、國務院、中央軍委授予“兩彈一星”功勳獎章。

2008年，被中科院研究生院授予“傑出貢獻教師”榮譽稱號。

2008年5月24日19時45分在上海去世，享年91歲。

主要貢獻

低合金鋼研究

1952年，機械工業部向冶金所提出蘇聯汽車鋼40X代用品的研究項目。40X是含鉻1%左右的中碳調質鉻鋼，是蘇聯最廣泛套用的調質低合金鋼，載重汽車的後軸及其傳動齒輪就用此鋼製造。調質低合金鋼是機械製造工業的支柱材料，需用量約占鋼產量的10%。世界各國都採用鉻鎳合金鋼系統。中國少鉻礦，當時尚無鎳礦發現，因此尋求無鉻（或少鉻）無鎳的低合金鋼作為代用鋼種是當務之急。吳自良當時就以載重汽車後軸及其傳動齒輪作為套用的首選目標。經過熱處理對強度性能的影響和化學熱處理性能等系統的研究，優選出含錳1.10%～1.50%、鉬0.12%～0.18%的中碳錳鉬鋼，不但生產成本低，低溫衝擊韌性、回火脆敏感性、疲勞強度、氰化性能等都不亞於40X鋼。這項成果，在撫順鋼廠、長春第一汽廠和上海柴油機廠通力合作下進行推廣和套用，在載重汽車上經受了一年多的公路行車考驗，證明是合格的鋼種。此項工作對日後建立中國自己的低合金鋼系統起了開創和示範作用，1956年獲國家首次頒發的自然科學三等獎。

應變時效研究

50年代，減輕深沖級低碳鋼薄板的時效脆化是當時國際上的一個熱門課題。低碳鋼薄板是用於轎車外殼、家電外殼、廚房器皿的主要鋼材，用量很大。在純氧頂吹煉鋼工藝尚未問世之前，鋼中含固熔氮普遍較高，引起薄板深沖時的時效脆化，導致各種疵病，此問題長期以來受到冶金界的關注。冶金所在吳自良的領導下對此問題做了十多年的系統研究，結果表現，只有鈦原子在鋼中有固定氮原子的能力，方能消除氮引起的應變時效。這項成果澄清了過去文獻中許多爭論和謬誤，消除鋼的應變時效。

分離膜研製

鈾是原子能工業的主要原料，把鈾235從天然鈾中分離出來是原子能工業和製造核子彈的關鍵技術之一。用氣體擴散法以工業規模生產鈾235的技術中，要使用一個關鍵部件－－“甲種分離膜”。它的製備涉及粉末冶金、物理冶金、機械加工、金屬腐蝕等多項技術。在60年代初只有美、蘇、英三國掌握這項技術，被列為重大國家機密，嚴禁擴散。1960年中蘇關係惡化，蘇聯中斷協定，撤退專家，帶走技術資料。中國政府決定自力更生研製鈾同位素分離膜，建立工廠，以保證氣體擴散工廠的正常生產和發展。1961年底國家將甲種分離膜研製任務下達給中國科學院和上海市，為加快進度，集中組織有關專家和科技人員到上海冶金研究所協作攻關，要求吳自良擔任這個重大項目的技術總負責人。在國家需要面前，吳自良毅然放下剛重新組織安排好的金屬物理基礎研究計畫，挑起了負責研製“甲種分離膜”的重任。經過科學院、高校和工業部門的共同努力，歷時3年多，終於勝利完成了甲種分離膜的研究、試製和工業生產的任務，為打破某些國家的核壟斷，使中國步入核大國的行列，

濃縮裝置的局部剖視圖

氧擴散機制研究

1987年YBCO被發現後將超導體的臨界溫度Tc提高到液氮溫度（77K）之上，立刻受到全世界的注目，在其後的二年中，在各刊物上發表了上千篇論文，引起了新的研究高潮。1988年吳自良參加了高溫超導的研究工作。他的課題小組主要為培養研究生。在YBCO塊體方面，認為氧只能在晶胞的底平面（ab平面）作二維擴散，擴散以空位機制進行，但因空位濃度高，關聯因子近1的量級，使空位機制和間隙機制無從區別。擴散時原子的跳躍過程，完全可用內耗測出，並求出氧的點陣擴散係數。這些數據，至今仍被認為是氧擴散係數中的最精確數據。

在YBCO外延膜方面，1992年國外文獻已基本澄清這種外延膜是c—取向完整的細晶粒織構，測得晶料間的交角為～0.5°因此這種膜可視為單晶，晶粒雷同於單晶的鑲嵌塊。晶粒間界的刃位錯密度可高達1010/cm2上標，足夠釘扎磁通線的運動使這種Ⅱ類超導體的臨界電流密度高達>106/cm2（77K）。研究小組用冶金所自製的濺射外延膜，用原子力顯微鏡測出晶粒密度為2×108上標/cm2。搖擺曲線測出晶粒夾角～0.4°，求出的位錯總密度達l010/cm2，得出和國外各家相同的結論。但鑒於這種c—取向織構膜的ab平面都平行於襯底平面，晶界刃位錯都在ab面上，則刃位錯的快速擴散管道必須在外延膜四周邊面露頭，若增氧處理前四周邊面用銦封住，在400°C氮中加熱1分鐘，使其在YBCO膜和銦熔池（銦熔點163°C）界面生成一層氮化銦固態膜，此膜隔斷了氧進入膜內的管道，快速擴散不再起作用。以封銦試樣和不封銦試樣作對比，進行450°C20分鐘的加氧試驗，不封銦試樣的氧含量自6.00增至6.70，封銦樣品自6.00。僅增至6.03，不到未封銦試樣的5%。膜的尺寸為5mm×3mm×300nm，已知450°C氧的點陣擴散係數為6.67×10－13cm2/sec（用內耗求得），可以算出一個氧原子自膜邊緣以點陣擴散的形式到達試樣中線（距離1.5mm）所需的時間約須26年，而在加氧試驗時只需20分鐘就能使整塊試樣中的氧濃度達到6.70，說明加氧過程中氧的輸入主要依靠刃位錯的管道。因為氧的管道擴散係數Dp點陣擴散係數DL，在加氧過程中，氧可藉管道擴散在瞬間內將氧輸運到織構中的任一顆晶粒的晶界（如此大大縮短了點陣擴散所需經歷的距離），再以點陣擴散的模式輸入每顆晶粒的內部，這部分氧可用X光衍射法測得。封銦後位錯管道被堵塞，氧只能藉晶粒表面生長階的級，自頂部沿螺旋形ab底平面往底部以點陣擴散模式輸運。點陣擴散是很慢的輸氧過程，所以封銦試樣經450°C加氧處理後，進氧量不到未封銦試樣的5%。

人物軼事

結緣“蘑菇雲”

要造核子彈，就必須先製造出“甲種分離膜”這一提煉濃縮鈾的核心元件。周恩來總理要求上海冶金研究所、瀋陽金屬所、復旦大學和北京原子能所4家單位開展研究工作，不惜一切代價在五六年內攻克難關。研製“甲種分離膜”對外稱“真空閥門”項目，但當時因為4家單位力量分散、工作重複、交流不便而妨礙了研製的進度。總理親自找到上海市委第一書記柯慶施和中科院領導交代了任務，中科院將該研製任務集中下達到上海冶金所，通知其他分離膜研究小組攜帶設備於1961年春節後到上海冶金所報到。於是，60多名專家在上海冶金所組成了第10研究室，對外稱7支部。時任上海冶金所副所長的吳自良任室主任、技術總負責。7支部下設3個組，各個組分工合作，聯合攻關。

吳自良院士

想到當年美國核子彈爆炸成功引起的轟動，現在有機會為製造自己國家的核燃料和核子彈出力，吳自良感到無尚光榮。他放下籌備已久的研究項目，全身心投入到會戰之中。3年多的時間裡，他基本沒有離開過實驗室，每天檢查各組的進展，隨時解決各種問題。那時他每天工作10多個小時，過年過節也不休息。當時正值國家困難時期，吳自良和同志們一道住集體宿舍，吃大食堂，幾天難見“葷腥”。1963年，劉少奇、周恩來等國家領導人特地來到上海來聽冶金所的工作報告。二機部則經常派人來查看工作進展。1963年年底，上海冶金研究所正式報告：“‘心臟’被攻克，能在中等規模的工廠批量生產；元件性能良好，超過了蘇聯的元件；造價僅為原來估算的黃金價格的1%！”使中國成為世界上除了美、英、蘇以外第4個獨立掌握濃度鈾生產技術的國家，為獨立自主、自力更生髮展中國的核武器和核工業作出了重要貢獻。

1964年10月16日，中國西北的羅布泊上升起了第一朵“蘑菇雲”，這一天，吳自良終身難忘。

老驥伏櫪

吳自良屬蛇，離馬年只差二十幾天。他說：“我更願意自己屬馬，老驥伏櫪，志在千里。”

晚年，他還投入到高溫超導氧化物中氧的擴散行為等的研究中。住院期間，只要學生去看望他，他都要求學生提供文獻資料、希望組織人員繼續進行住院前的科研……

課題組曾將一種很經典的材料物理研究方法用於當時剛剛發現、非常熱門的高溫超導體的微結構研究，取得了很好的實驗結果，想馬上發一篇文章。但吳自良卻與課題人員反覆討論，從實驗裝置到實驗結果、從結果分析到提出物理模型，並得出最終結論，前後改了五六稿，幾個月後，由吳先生親自執筆的文章終於定稿，與初稿相比已經面目全非。這篇論文1989年發表在美國《物理評論》上，很快獲得國際同行的關注，至今還保持著相當高的單篇論文引用率。

在科研攻關的同時，他還開授了多門課程，嘔心瀝血、辛勤培養中青年科技人才，滿腔熱情地關懷青年人的成長，為中國學科建設和創新人才培養作出了突出貢獻。

永不錄用

吳自良，在浦江念完國小後，他以優異的成績考入杭州第一中學，後又考入杭高。1937年，他畢業於天津北洋大學工程院航空工程系，後在雲南壘允中央飛機廠、昆明中央機器廠任設計師、工程師。

1943年，吳自良參加工作後不久，由於戰亂，他所在的工廠解散了。有關方面通知他，要想重操舊業，必須加入國民黨。吳自良寧死不願加入國民黨。國民黨航空委員會就以“逾期不報到”為由，將他除名且“永不錄用”。吳自良在當時當醫生的大姐資助下，計畫自費赴美國留學，打算到麻省理工學院航空系學習。然而國民黨航空委員會對他“永不錄用”後，他只好改行。吳自良經他原來所在的中央機械廠廠長的推薦，以助教的名義經印度來到了那位廠長的母校———美國匹茲堡卡內基理工學院（今卡內基·梅隆大學）攻讀物理冶金專業研究生。

在美國匹茲堡卡內基理工學院冶金系苦學4年後，1948年，吳自良獲理學博士學位，並留校任該校金屬研究所博士後研究員。1949年，他出任美國錫林臘丘大學材料系主任研究工程師，直至1950年底回國。

蟈蟈專家

兩彈一星”元勛吳自良院士雖然和金屬物理材料打了一輩子的交道，可依然“凡心”未改，童心未泯。晚年的吳老，完全出於好玩，不惜花20元“巨資”，從自由市場上買回一隻“叫哥哥”，也就是蟈蟈。叫哥哥叫挺歡，聲音也十分好聽，老兩口都喜歡這個小東西，爭著餵它吃毛豆。誰知過了幾天，這原本叫得挺歡的叫哥哥竟然漸漸地不叫了！老伴半開玩笑地說：“老頭子，你不是連核子彈都研究過嗎？這蟈蟈為啥不叫的事，怎么說也比你那核子彈簡單得多。你就給研究研究嘛！”

照常理說，這老伴的話是完全不必當回事兒的。充其量再花20元去買一隻嘛！吳自良卻叫起真來。他仔細觀察，並試著控制小東西的進食量，竟一下子有了一個“重大的發現”！原來，這蟈蟈的胃口挺難伺候，吃少了不肯叫，吃多了也懶得再叫的。經過反覆試驗，他得出了一條規律：“一天餵一顆毛豆太少，一天餵三顆毛豆太多，一天餵兩顆毛豆正好。”他把自已的“研究成果”告訴老伴，兩老口都嚴格照此辦理，那叫哥哥不僅真得又重新叫了起來，而且還比以前叫得更歡、聲音也更加好聽了！於是，這享譽國內外的金屬物理材料專家，便又獲得了一個“蟈蟈專家”的美稱。

鏈條人

吳自良在病榻上寫的回憶文章《‘鏈條人’日記》中寫到：“80歲以前，我是根‘鏈條’，被‘掛’上了多項任務。每項任務我都超額完成了，堪稱是優質‘鏈條人’了！”他在回憶研製“甲種分離膜”那段經歷時寫到：“毛主席當年找來了科學元帥聶榮臻，親自布置了要製成核子彈的任務，當時這個任務叫‘兩彈一箭’。中科院黨組書記張勁夫口袋裡裝滿了完成這個大工程的各個‘鏈條’”。“核子彈爆炸成功，舉國歡騰，我終於鬆了一口氣，總算完成了‘鏈條’人光榮的使命。”“此舉在國外也引起了很大的轟動。尼克森也‘打著白旗’來投降，毛主席臉上充滿了勝利者的喜悅！人生一世，有此足矣！”

吳自良為人非常謙虛，從不計較個人得失。由於研製“甲種分離膜”屬高度機密，他在很長的時間裡從未向外界吐露過。1999年，中共中央、國務院、中央軍委授予了23位科學家“兩彈一星”功勳獎章，吳自良是上海市惟一的受勛人員。獲得獎勵後吳自良多次表示，要將‘兩彈一星’功勳獎章捐給所里。他說，榮譽是大家的，不是我一個人的，我只是個代表人物。2008年5月29日，其夫人徐仁及兒子吳康琪、吳丹琳完成了他的夙願。

當選元勛

1999年，中共中央採納了張勁夫的建議，決定對研製“兩彈一星”做出突出貢獻的科學家授勳，授勳人員定在20人左右。在遴選過程中，各部委為爭取名額打的不可開交，因為名額即意味著本部門的輝煌和貢獻，這是容易理解的！在7月29日的會議上，出現了各部委為爭取名額而“劍拔弩張”的場面。會議結束前，時任中科院計畫局副局長李志剛建議應徵求老領導張愛萍、張勁夫的意見。8月3日，在中南海召開了由國務院副秘書長徐榮凱主持的小會，就選定的一份21人名單徵求意見。張勁夫應邀到會，他對這份21人名單，沒有說誰應該撤下，只是說應該補上錢三強、王大珩、吳自良三人，並對三人的貢獻做了介紹。遴選小組尊重張勁夫的意見，經過反覆論證最終加上了錢三強、王大珩、吳自良三人，從原名單的21人中撤下一人，最後定了23人。

主要論著

1 吳自良等.片狀鋁單晶的滑移和臨界應力的關係.1950.

2 吳自良，陳源，楊佩璋等.蘇聯低合金鋼40X代用品的研究.金屬研究工作報告會會刊，1954.

3 吳自良，王其閔.碳在面心鐵～鎳合金中擴散內耗峰的機制.物理學報，1958年，14：354.

4 吳自良.點缺陷與位錯的互動作用，載晶體缺陷與金屬強度，上冊.北京：科學出版社，1960；195～242.

5 葛慶麟，施天生，吳自良等.Fe-Ti-N合金α相區淬火的S-i互動內耗峰.金屬學報.1982，18（3）：316.

6 Wu Z－L．Chen TG．InteraCtion between substitutional interstitial Solutes in dilute Fe－V－N alloys．J．dephysique，1985（46）：suppl．12（Cio）：39～41．

7 Han S Q，Wu ZL．AStudy of tetragonal－to－orthorhombic transition of YBa2Cu3O7xby dialatometry．High temperature Superconductivity，MRS proc．1988，（99）：887．

8 Xie X M，chen TG，Wu Z L．Qxygen diffusion in superconductingYBa2Cu3O7x．Phys．Rev．B40，1989：4549．

9 Wu Z L，Zhang X K，Tao W etal．Epitaxial supercnducting films prepared by MOCVD and RF mag－netron sputtering．progress in high temperature superconductivity，Singapole，World Scientific，1990，（22）：32～35．

10 Wu Z L，Wei M Z，Chen Y X etal．Single crystallinity and oxygen diffusion in high quality YBa2 Cu3O7－5 Films．Proc．of Int．Conf．on Thin Filmphysics and Ap－plications，1991，（′91TFPA）Shang hai China，SPIE（159）：618～624．

個人榮譽

1956年，獲國家自然科學獎三等獎。

1980年，當選為中國科學院技術科學部學部委員。

1984年，獲國家發明獎一等獎和國家科技進步特等獎。

1989年，獲得中國科學院榮譽獎章；同年被國務院僑務辦公室、中華全國歸國華僑聯合會授予“全國優秀歸僑、僑眷知識分子”稱號。

1990年，被中國科學院評為“優秀研究生導師”。

1997年，獲得何梁何利基金科學與技術進步獎。

1999年9月，被中共中央、國務院、中央軍委授予“兩彈一星”功勳獎章。

2008年，被中科院研究生院授予“傑出貢獻教師”榮譽稱號。

人物評價

良師益友教書育人鑄輝煌，自強不息兩彈一星建功勳。（吳自良先生追悼會輓聯）

他是一位享譽海內外的物理冶金學家，‘兩彈一星’功勳科學家。在一生的科研實踐中，緊緊把握世界科技發展脈搏和國家的重大需求，不斷深入拓展本領域的科技前沿，取得了一系列原始創新理論成果和重大自主技術創新成就。（原全國人大常委會副委員長、中國科學院院長路甬祥院士）

有人揚言，沒有外援，中國的濃縮鈾工廠將成為一堆廢銅爛鐵，更不用說造核子彈了。而中國依靠自己的力量成功研發了核子彈，這其中的關鍵技術是製造出用來分離鈾235的分離膜。（ 二機部副部長兼原子能所所長的錢三強）

吳自良以淵博的學識，嚴謹的治學態度，平易近人的作風，幾十年如一日、不倦地耕耘在科研第一線，切實為祖國建設作貢獻，而深受大家的尊敬。（中華人民共和國國防部）

他完全就是一個學者，只管自己的研究，在科學上十分勤懇，但是對於家裡的關心，卻實在不多——記得兩個孩子就在他面前裝作吵架，而他居然可以不聞不問，只是想著自己的課題！（吳自良妻子徐仁教授）

後世紀念

紀念英才班

2015年1月7日，中國科大物理學院、中科院上海微系統與信息技術研究所、上海超導中心簽署合作協定，聯合創辦“吳自良超導英才班”，共同培養有志於從事材料物理和超導量子信息技術研究的本科生，為相關領域輸送優秀的後備人才。英才班以吳自良院士命名，是為了紀念他在高溫超導體研究中做出的貢獻。