下午一點半,胡教授開車來到工業局門口。
呂辰、吳國華、錢蘭三人早已候著。
“上車吧,路上大概四十分鐘,咱們邊走邊聊。”胡教授拉開車門。
三人鑽進車內,吉普車駛出工業局大院,拐上天水路,向西駛去。
車子穿過寶雞城區,駛過渭河大橋,渾濁的河水在陽光下泛著黃褐色的光,河灘上有幾群鴨子在覓食。
“胡教授,”呂辰在後排問道,“上午多虧您為我說話,您和我們導師熟嗎?”
胡教授把著方向盤:“我和星海都是江陰人,算是所謂計程車紳家族。”
胡教授像是在講述別人的故事:“民國二十四年,我們被家裡送去上海的教會學校讀書。”
吉普車駛離城區,道路變得顛簸起來,窗外是連綿的農田和零星散佈的村莊。
胡教授繼續說:“後來又都自費去了美國留學,他去了斯坦福學機械工程,我去了北卡羅來納大學讀應用數學年我大學畢業就回了國,那時候國內抗戰正艱苦,我去了學校教書。”
他的語氣變得有些複雜:“星海不一樣,他在斯坦福只讀了一年,就轉到密歇根大學,他認為汽車工程更實用。畢業後,又到底特律的福特工廠當了幾年技術員,後來又進了芝加哥大學讀博士,還當上了講師。直到1947年,他父親病重,這才回到國內。”
他看了一眼呂辰:“星海在信裡多次提到你,說你是他這些年見過的最有工程天賦的年輕人,不僅懂技術,更懂如何把技術變成系統、變成生產力。”
呂辰有些不好意思:“劉教授抬愛了,我要走的路還長。”
“不,星海看人很準。”胡教授搖頭,“他信裡說,你提出‘星河計劃’時,他彷彿看到了當年在美國那些頂尖實驗室裡的年輕人,有野心,有視野,更有把野心落地的務實……”
胡教授笑了笑:“一個星期前,星海就給我打電話,請我關照你們,在可能的範圍內提供幫助。但我沒想到,你們竟然成了這次技術評比的評委,還提出了那麼有見地的觀點,星海沒看錯人。”
吉普車駛入一片工業區,道路兩旁是高聳的白楊。
樹後是一排排整齊的廠房,紅磚牆,鋼架屋頂,有些廠房屋頂上豎著煙囪,正冒著淡淡的煙。
在這裡,工廠與城市融為一體,廠房之間穿插著生活區,幾棟四層的宿舍樓,樓前晾曬著被單和衣物。
更遠處能看到學校的操場,紅旗在旗杆上飄揚。
小商店、衛生所、職工食堂散佈其間,形成一個完整的工業社群。
“寶雞有色金屬加工廠是一五期間156個重點專案之一。”胡教授一邊開車一邊介紹,“1953年籌建年投產。主要生產銅、鋁、鈦等有色金屬的板材、帶材、管材、棒材,供應全國的機械、電子、軍工行業。”
他指了指窗外的一片廠區:“那邊是銅加工車間,年產銅材兩萬噸。那邊是鋁加工車間,用的是蘇聯援助的軋機。鈦合金車間在最後面,是去年新建的,主要滿足航空工業的需求。”
車子在一棟三層實驗樓前停下。
新蓋的實驗樓,紅磚牆面還帶著嶄新的氣息,水泥抹縫橫平豎直,窗戶是鋼框玻璃的,擦得透亮。
門口掛著兩塊白底黑字的牌子:
西北工業大學寶雞有色金屬加工廠聯合實驗室
特種金屬材料精密加工研究中心
胡教授熄火:“到了,這是我們學校和廠裡去年合建的實驗室。我帶著幾個研究生,跟廠裡的工程師一起攻關。”
三人下車,跟著胡教授帶走進大樓。
一樓是機械加工區,空間開闊,水泥地面刷著灰色的漆。
幾臺嶄新的車床、銑床、磨床沿著牆邊排列,有的正在工作,發出有節奏的切削聲。
四五個穿著藍色工作服的年輕人正在操作機器,看到胡教授進來,紛紛停下手裡的活。
“胡老師。”
“教授好。”
胡教授點點頭,向呂辰三人介紹:“學校和廠裡共同培養的研究生,一半時間在學校上課,一半時間在廠裡實踐,研究的課題,都來自生產一線的實際問題。”
一個臉上沾著油汙的男生走過來:“胡老師,您要的鈦合金薄板試樣已經加工好了,厚度毫米,公差±毫米。”
“好,下午我看看。”胡教授介紹,“小楊,我的研究生,在做鈦合金的超精密加工課題。”
“楊學長好!”呂辰三人上前握手。
介紹完後,他們走到一臺車床前,仔細看正在加工的零件。
那是一塊銀白色的金屬,在車刀下緩緩旋轉,切屑如絲般連續落下,呈現出美麗的螺旋狀。
“這是甚麼材料?”錢蘭問。
“鈹青銅。”楊學長回答,“用於製作高精度儀表的彈性元件,我們對錶面光潔度要求很高,要達到V10級。”
吳國華俯身觀察:“切削引數是多少?”
“轉速800轉/分,進給量毫米/轉,切削深度0.1毫米。”楊學長回答,“我們試了十幾組引數,這一組效果最好,切削力穩定,表面質量高。”
胡教授補充道:“這些資料都會記錄下來,形成二維工藝卡片。以後同樣的材料、同樣的零件,就按這個引數加工,保證一致性。”
說到這裡,胡教授轉頭對呂辰三人說:“怎麼樣,驚訝吧?這二維卡還是小呂你在哈工大提出的,我們找到哈工大的包康建教授,先應用上了幾個讀卡機,不得不說這真是工業標準化的利器。”
呂辰有點驚訝:“我們也才開始應用不到一個月,胡教授您厲害!”
胡教授一臉打了勝仗的樣子:“那不一樣,老包打電話來給我顯擺,我立即就飛到哈爾濱,衝到他辦公室,他們剛做出來幾個,還沒捂熱,我就搶,還順走了他一件軍大衣!”
大家說說笑笑,到了二樓,二樓是檢測分析區。
這裡安靜得多,只有儀器執行的輕微嗡鳴聲,靠牆一排儀器櫃裡,擺放著各種精密的檢測裝置。
胡教授指著一臺金相顯微鏡:“這是從民主德國進口的,放大倍數最高1500倍。”
他又指向旁邊一臺機器:“國產的X射線衍射儀,去年剛安裝的。”
錢蘭仔細觀看操作面板上的旋鈕和錶盤:“這臺裝置的精度怎麼樣?”
“角度解析度度,對於金屬材料分析足夠了。”胡教授說,“最關鍵的是,它讓我們從試錯走向理解。以前老師傅熱處理零件,全憑經驗,講個火候。現在我們可以取樣做衍射分析,看看經過不同溫度、時間處理後,材料的晶體結構到底發生了甚麼變化。”
他走到一個檔案櫃前,抽出一疊圖譜:“比如這個,我們研究鋁合金的時效強化。傳統工藝是150攝氏度保溫8小時,但我們透過衍射分析發現,其實在140度保溫10小時,析出相更細小、更均勻,材料的強度和韌性都更好。”
“胡教授,這臺裝置是你們實驗室的核心吧?”吳國華問。
“可以說是眼睛。”胡教授鄭重地說,“沒有它,我們就是盲人摸象。有了它,我們才能真正理解材料行為的底層邏輯。”
三樓是辦公室和會議室,樓道里鋪著深紅色的水磨石,牆壁刷著淺綠色的漆,掛著一些科學家的肖像和鼓勵科研的標語,陽光從走廊盡頭的窗戶照進來,在地面上投下明亮的光斑。
胡教授推開一間辦公室的門,房間大約十五平米,靠窗一張深色的辦公桌,桌上整齊地堆放著書籍、圖紙和計算尺,牆邊是兩個高大的書架,塞滿了專業書籍和期刊。
一個頭發花白、穿著灰色中山裝的老同志正伏在桌上畫圖,聽到門聲抬起頭。
“老周,給你介紹一下。”胡教授說,“這三位是北京紅星工業研究所的專家,呂辰同志、吳國華同志、錢蘭同志。”
老周立刻站起身,熱情地伸出手:“歡迎歡迎!紅星所的大名如雷貫耳啊!去年的百工聯席會議,你們的自動化生產線,可是把我們這些老傢伙都震住了。”
他的手很有力,掌心有厚厚的老繭,是典型的技術工人的手。
“周工是廠裡的總工程師,也是我們實驗室的聯合主任。”胡教授介紹,“寶雞廠從建廠開始他就在,對這裡的每一臺裝置、每一種工藝都瞭如指掌。”
周工擺擺手:“胡教授過獎了,我就是個老工人,比你們多摸了幾年機器。”
見完禮,眾人坐下,胡教授倒了幾杯茶。
周工從檔案櫃裡取出幾份研究報告,放在桌上。
“我們這個聯合實驗室,主要做三件事。”周工翻開最上面的一份報告,紙張邊緣已經有些捲曲,顯然經常被翻閱,“第一,新材料研發。比如航空用的高強鋁合金,要求強度高、重量輕、耐腐蝕。火箭發動機用的高溫鈦合金,要在600度以上還能保持強度。”
他翻到一頁效能資料表:“這是TA7鈦合金,我們和西工大材料系合作,調整了鉬、鋁、錫的含量,室溫拉伸強度達到1000兆帕,比蘇聯的同類材料高15%。”
錢蘭迅速記錄著資料。
“第二,新工藝開發。”周工又翻開另一份報告,“比如如何把板材軋得更薄更均勻。你們知道,軋製過程中,板材邊部和中心的變形量不一樣,容易產生邊浪和中浪。我們研究了一套輥型曲線最佳化演算法,配合軋機彎輥系統,能把0.5毫米的鋁板軋到0.1毫米,厚度公差控制在±毫米以內。”
“第三,”周工頓了頓,看向胡教授,“就是胡教授他們最擅長的精密加工。”
他抽出一張圖紙,鋪在桌面上。
圖紙上是一個拋物面形狀的零件,標註著密密麻麻的尺寸和公差要求。
“比如這個,衛星天線的反射面板。”周工指著圖紙,“材料是鋁鎂合金,表面要鍍一層金,提高導電性和耐腐蝕性。要求表面平整度誤差不超過毫米,鍍層厚度5微米,均勻性±0.1微米。”
5微米,均勻性±0.1微米。
這個精度要求,已經非常接近積體電路製造中對金屬佈線層的要求了,這個實驗室在薄膜沉積和精密控制方面,有獨特的積累。
“周工,”呂辰身體前傾,認真地問,“這個反射面板,你們已經做出來了嗎?”
“做出了三批試樣。”周工從抽屜裡拿出一個木盒,開啟盒蓋。
盒內襯著紅色的絨布,上面放著三塊巴掌大小的金屬板。
板面呈淺金色,光潔如鏡,能清晰地映出人的倒影。
呂辰戴上白手套,小心地取出一塊,對著光觀察。
板面極其平整,幾乎看不到任何起伏,他用指甲輕輕劃過邊緣,感受表面的光滑度。
“能看看你們的工藝嗎?”他問。
“當然。”周工站起身,“走,去鍍膜車間。”
一行人下樓,穿過廠區,來到鍍膜車間,車間裡很乾淨,水泥地面拖得發亮,空氣中有一股淡淡的臭氧味。
正中央是一個銀白色的圓柱形裝置,大約兩米高,直徑一米五,表面佈滿了各種介面、觀察窗和儀表。
“這就是我們自行設計的真空鍍膜機。”周工拍拍金屬外殼,“核心部件是這臺電子槍,從民主德國進口的,能產生高能電子束,轟擊金靶材,使其蒸發,沉積在基片表面。”
他指著裝置側面一個透明的觀察窗:“基片放在這個行星旋轉夾具上,公轉加自轉,保證鍍層均勻。整個腔體能抽到10^-4帕的真空度,避免空氣分子干擾鍍膜過程。”
胡教授補充道:“最難的不是把金鍍上去,而是鍍得均勻。衛星天線是拋物面,不同位置的曲率不同,離蒸發源的距離不同,鍍層容易厚薄不均。我們研究了大半年,試了二十多種旋轉軌跡,才找到最優的那一組引數。”
“控制部分呢?”吳國華問,“如何實時監測膜厚?”
周工走到旁邊的控制檯前,那是一個用舊課桌改造的操作檯,上面密密麻麻布滿了旋鈕、開關、儀表,還有兩個圓形的示波器螢幕。
“我們自己搭了一套光學干涉膜厚監測系統。”他指著其中一個示波器,螢幕上是一條起伏的曲線,“用一束氦氖鐳射打在基片上,測量反射光的干涉條紋變化。每鍍一層,干涉條紋就會移動一個週期,我們計數週期數,就能反推出膜厚,精度能達到奈米級。”
錢蘭湊近仔細觀察:“這套系統,對環境的震動、溫度波動敏感嗎?”
“非常敏感。”周工苦笑,“所以我們給整個控制檯做了隔震基礎,下面鋪了橡膠墊和彈簧。車間空調是二十四小時恆溫恆溼,溫度控制在22±0.5攝氏度,溼度50%±5%。就這,有時候外面過重型卡車,或者颳大風,資料還會跳。”
這套系統的原理是先進的,但實現方式還很土法,依賴手工除錯和經驗。
不過,這正是中國工業當下的真實寫照,用有限的資源,做無限接近極限的事。
“周工,”呂辰問,“如果我們要鍍的不是拋物面,而是平面的矽片,尺寸更大,比如直徑150毫米,均勻性要求±微米,能做到嗎?”
周工和胡教授對視一眼。
“理論上可以,”胡教授謹慎地說,“但需要重新設計夾具和旋轉軌跡,最佳化蒸發源的分佈。最關鍵的是,監測系統要升級。現在的系統是單點測量,如果要保證整片矽片的均勻性,可能需要多點測量,甚至掃描測量。”
“而且真空腔體要擴大。”周工補充,“150毫米的矽片,加上夾具和旋轉空間,現有的腔體裝不下。要重新設計製造,這需要時間和經費。”
呂辰點點頭,他理解這種制約,但更看到了可能性。
這個實驗室已經掌握了微米級薄膜沉積的核心技術,缺的是系統化和工程化。
隨後,在周工和胡教授的帶領下,他們又參觀了有色金屬廠自行研製的亞微米級定位工作臺,檯面下有一套液壓伺服系統,能實現X、Y、Z三軸運動,定位精度理論值0.1微米。但受限於電機與模擬控制,精度還差點意思,周工表示,如果用上紅星所的脈衝電機和數字控制系統,效能至少能提升一個數量級。
最後,他們來到材料提純車間,參觀真空感應熔煉爐。
這是提煉超高純稀有金屬的裝置,主要產品是鉭、鈮、鎢等用於電子管和特種合金。
純度99.9%的粗金屬,透過真空熔鍊,揮發掉低沸點雜質,再經過區域熔鍊,進一步提純,最高能做到%的純度。
純度檢測是取樣做光譜分析,透過裝置只能測到四個九,更高的純度主要憑經驗,看熔鍊時金屬液麵的光澤,看凝固後的晶粒大小和顏色來分辨。
呂辰認為,如果能把蘭州大學的放射性同位素示蹤技術用在這裡,就能直觀地看到雜質在熔鍊過程中是如何分佈、如何被去除的,從而最佳化工藝引數,把經驗變成科學。
參觀完畢,五人回到三樓的會議室。
窗外的天色已經暗了下來,遠處的廠房亮起了燈光,像散佈在暮色中的星辰。
胡教授重新泡了茶,五人圍坐在會議桌旁,桌上攤開著圖紙、報告、樣品。
“周工,胡教授,”呂辰先開口,“想必我們的來意你們也清楚了。‘星河計劃’的目標是發展中國自主的積體電路產業。晶片製造需要高純度的金屬靶材,比如金、鋁、鈦,用於薄膜沉積。也需要高精度的鍍膜工藝和監測技術,還需要特種材料的精密加工能力。”
周工點頭:“我們清楚積體電路對材料純度、工藝精度、環境控制的極端要求。不瞞你們說,從去年‘星河計劃’立項的訊息傳出來,我們就在想,實驗室的這些技術,能不能在晶片領域找到用武之地。”
胡教授接過話頭:“那個衛星天線反射面板的鍍金工藝,是我們當前能達到的微米級精度加工、測量、控制技術的集中體現。從去年開始,我們就刻意把控制目標定在±0.1微米,因為我們認為,這個精度水平,已經接近積體電路製造的需求。”
他頓了頓:“現在看來,技術原理上是相通的,但需要針對晶片製造的特點進行適配和最佳化。”
“這正是我們需要合作的領域。”呂辰誠懇地說,“紅星所在自動化控制、感測器技術、抗干擾設計方面有些積累。我們可以提供脈衝電機和數字控制系統,升級你們的定位工作臺。也可以協助最佳化鍍膜機的監測系統,提高其穩定性和抗干擾能力。”
吳國華補充:“我們還在和蘭州大學合作,研究放射性同位素示蹤技術。如果用在你們的材料提純工藝上,可以視覺化雜質分佈,最佳化熔鍊引數,把純度從五個九提升到六個九,甚至更高。”
錢蘭翻開筆記本:“還有環境控制。晶片製造需要超淨車間,恆溫恆溼,防震。你們在鍍膜車間已經建立了基礎的環境控制體系,我們可以把在軋鋼廠自動化專案中積累的環境控制經驗分享過來,共同制定更高標準。”
“這樣,”周工說,“我們擬一個合作備忘錄,明確幾個方向。”
雙方經過商量,最終定下高純度金屬靶材研製、精密鍍膜工藝開發、特種加工裝置升級、環境控制標準制定、人才聯合培養、前瞻技術預研六個方向的合作備忘錄。
五人依次簽名,一紙簡單的備忘錄,沒有華麗的辭藻,沒有繁複的格式,只有五個人對技術報國的鄭重承諾。