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我国电子束管产业的开拓者

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我国电子束管产业的开拓者_中国管理联盟

  吴祖垲,真空电子技术专家。中国工程院院士。我国日光灯、电子束管产业的开拓者。先后主持其技术工作的三家大型电子工厂均因他力主技术进步而侧身全国500强制造业之列,在组织开发和生产彩色显像管方面的成绩尤为显著。早年的专著《日光灯制造基础》被视为发展我国日光灯工业的奠基之作。

  吴祖垲,1914年3月23日出生于浙江省嘉兴县新胜镇一个家道中落的书香人家。在固有家风的熏陶下,自幼养成了刻苦向学的志趣。1926年考入设在嘉兴的浙江省立第二中学。1929年,考入杭州省立高级中学,该校极严的数理化课程为他打下了良好的基础,编授的英文课本《思想家与实践家》(thinkers&doers)中关于科学家、思想家、发明家的故事,对他以后事科技工作启发很大。1932年,他以优异成绩取得免试入浙江大学的资格。但因他的志愿是交通大学,于是先报考唐山交通大学,名列榜首,接着他又报考上海交通大学,但同一交大不能录取两个吴祖垲,反而落榜。无奈之下只好先入浙大受业。1933年,他重考上海交大,又名列榜首,并同时考取了梁士治先生设立的奖学金(每年400银元)和吴蕴初先生设置的清寒教育奖学金。这后一笔奖学金他让给了别人。1937年他从上海交大毕业后,准备考清华庚款留美名额,因8·13中日战争爆发而未果。这样,他选择了南京国民政府资源委员会中央电工器材厂的工作。他先到湖南湘潭下摄司电工厂二分厂(电子管灯泡厂,中国第一个电子管工厂)实习,1938年该厂迁到广西桂林,生产了收信管、发信管和灯泡。1940年,他得知美国在1936年已生产日光灯,发光效率是普通灯泡的4—5倍,开始对日光灯产生浓厚兴趣,他凭自己在交大学得的基础知识,首先试制成了硅酸锌:锰(zn2sio4:mn)荧光粉,并把它涂在866汞汽整流管的玻壳内。此管在工作时成功地发出了绿光。接着他又试制出了另一些荧光粉。在其玻壳内涂上这些荧光粉的866管,都先后发出了不同颜色的荧光。1942年,反映吴祖垲这些研究成果的论文,在兰州工程师年会上发表后颇得好评。同年他被调到重庆分厂担任厂长职务,这时他已由当日的实习生、工务员、助理工程师而跃升为副工程师,相当于现在的高级工程师了。他一到重庆黄桷垭分厂就开辟了两个小试验室,一个试制荧光粉,一个试制荧光灯,分别由甘源涵等两个助手负责进行。当时中央电工厂的总经理非常支持他的工作,设法为之从昆明的中央研究院取得了在当时甚为稀缺的30克硝酸铍。不久在重庆就试制出硅酸锌铍:锰的荧光粉,并试制出了日光色荧光灯的雏型。当时样品的发光效率和寿命还有问题,因此,他在1944年决定通过考试到国外深造。1945年8月15日日本投降的那天,他从重庆首途赴美。

  政府派他去美国的目的是学习日光灯制造技术,可是在美国,他们的工厂把电光源看得很重,不接受外国实习生。在此情况下,他不得已才到密歇根大学(michigan university)求学,1946年夏他获得电机硕士学位(m.s.ine.e.)。那时他仍想到美国沙而文(sylvania)通用电气(g.e.)公司去求职,以图从事日光灯的研究、生产工作。未能如愿后就转而到美国无线电公司(rca)设在宾州的兰城(larcaster)工厂的产品开发试验部的阴极射线管(crt)试验室任工程师,从事投影式显像管的开发工作。在近两年的时间里,他除了着意收集一些发光材料的研制资料,还解决了投影管的问题,更重要的是他学到国外研究开发光电器件的工作方法,这为他归国后对日光灯、显像管、摄像管的试制起到很大的作用。

  1948年春,怀念故国家园心切的吴祖垲决定归国。回国后,他的双亲和朋友都异口同声地说“你归国我们很高兴,现今国内局势不宁,有办法的人都在设法到美国去,你在美国有很好的工作机会,人家求之不得,你却回来,很为可惜”。他说:“我不后悔,留在美国物质生活当然要好得多,但如果不归国就长久见不到父母和妻子了,而且我归国后能为国家和人民多少做一点有益的工作”。所以他至今认为1948年归国的决定是正确的。

  他归国后被南京国民政府资源委员会任命为中央电工厂器材总公司辖下的南京电照厂的正工程师兼副厂长。这个工厂用美援进口了一批制造灯泡和电子管的设备,正处于建设时期。1948年冬,国民党军队在淮海战役中失败,蒋介石下令将南京电照厂、有线电厂、无线电厂、高压电瓷厂以及马鞍山机器厂等五厂迁往台湾,由于时任资委会主任的孙越崎先生坚持停止迁台,南京电照厂在中央门外的部门仍能开工生产。1949年4月23日南京解放后他担任这个厂的厂长,肩负起了为新中国发展特种光源、日光灯、光电信管和电子束管的重任。

  1958年他被调到成都任773厂的第一副厂长兼总工程师。773厂是苏联援建的电子束管的专业化工厂。1960年苏联专家撤退,他建议并设法改变工厂的产品结构,筹建产品开发基地,以适应国防和国民经济的需要。

  1977年,年逾花甲的他奉命筹建咸阳陕西彩色显像管厂,任第一副厂长兼总工程师。1978年10月加入中国共产党。1986年因年逾古稀而退居二线。1995年5月被选为中国工程院院士;1983年被中国电子学会选为会士,1988年被尊为荣誉会员。1995年5月23日获美国信息显示学会(sid)授予的国际公认奖;1996年6月7日获中国工程院授予的首届中国工程科技奖。

  吴祖垲以其对社会进步事业的执著追求和在真空电子技术上的精湛造诣,曾先后被选为第三、五、六届全国人大代表;第二届全国政协特邀委员;中国电子学会第一至三届理事(1962—1988年);中国真空学会第一、二届常务理事;以及曾被聘为陕西省人民政府特约技术顾问、专家顾问委员会副主任(1986—1993年);深圳赛格—日立(seg-hitachi)彩显器材公司高级技术顾问。现在仍为陕西省决策咨询委员会委员兼综合组组长;西安交通大学兼职教授;中国国际工程咨询公司专家委员会委员及特聘专家。

中国日光灯和电子束管技术先驱和工业奠基人

  在真空电子学及其技术均深有造诣的吴祖垲,由于在主持并参与研究开发我国日光灯和电子束管上成绩卓著,在我国被尊为这个领域的先驱,国外有些同行还誉之为“中国电子束管之父”。这是吴祖垲五十余年来在科学技术上不懈求索的结果。

  1.日光灯试制成功并大量投产

  解放初期,南京电照厂在中央门外的部门仅仅是一个生产白炽灯的小工厂。当时全国年产2700万只白炽灯,供过于求。当初,该厂在华东工业部、政务院一机部的领导下,他先使工厂转而开发特种电光源,随之试制成功了电影放映灯泡等特种光源,由于适销对路而为自力试制日光灯积累了资金。他们的这一试制行动是从产于湖南的绿柱石中提炼氧化铍开始的。随着发黄色光的硅酸锌铍:锰的荧光粉的制成和掺以发蓝色的钨酸镁,遂成功地合成了日光色荧光粉。这样,我国首宗日光灯的问世便水到渠成。开始时一切土法上马,玻管是手工拉制的,涂管、封口、排气等工艺环节所依仗的虽然都是土设备,却解决了产品的流明衰退、两端发黑等重大质量问题。随着不断地技术革新和设备的由土到洋,日光灯的产量随之不断提高,成本不断下降。该厂的这些成就都是在他主持和亲自参与下取得的。1957年吴祖垲据以写成的《日光灯制造基础》专著,既是对他亲身体验的总结,也为我国日光灯制造技术奠定了基础。这本书于1958年出版后,成为了全国各日光灯制造厂有关职工常备的技术手册。现在全国日光灯的年产量已达25000万只以上。吴祖垲对此作出的贡献,迄今仍为知情者所乐道。

  1957年,他去苏联考察访问。为使多收实效,事先他作了充分的准备,包括开列有待解决的课题。在到莫斯科灯泡和电子管工厂的黑白显像管和光电倍增管车间和开发试验室,以及列宁格勒的红色专家化工厂考察期间,他注意到黑白显像管制造的关键是玻锥和屏的压制、屏锥封接工艺、荧光粉的质量和涂屏工艺,遂据以收集了有关实物与资料(如荧光粉的样品与电子枪的零部件)和有针对地订购了玻壳压模、屏锥封接机等关键模具和设备,他在当年12月回国后首先解决了光电倍增管的光电灵敏度问题。一是锑要三次电解,才能达到99.9999%的纯度;二是解决了锑铯的光电阴极激活工艺;三是解决了光电面的氧化工艺。这些问题的解决,为741厂的光电倍增管和φзу-1、φзу-2和φзу-1з、φзу-31多级光电倍增管奠定了基础。

  差不多在同一时期,他又擂起了试制黑白显像管的战鼓,为的是配合天津712厂在1958年5月1日前试制出黑白电视机,以适应中央电视台(原称北京电视台)早日开播电视节目的任务要求。作为关键环节的黑白管的玻壳、屏锥封接和涂屏工艺的顺利解决,再次显示出了他的领导才能和技术功力。在当时条件下,开始时只能土法上马,没有压制屏锥的机器,他就和梅开基副总工程师到上海工玻六厂去熔化#713(钡锂)玻璃,再用六厂的人工压机压制出屏和锥,并使之经退火后带回南京;在向苏联订购的设备未能及时运到的情况下,他又设法把非正规的工艺方法运用于屏锥封接,经涂屏、封口、排气、老练后,抢先试制出了我国第一只35cm的黑白显像管。

  当吴祖垲于1958年10月调离开741厂时,该厂的产品开发基地业已形成,日光灯已经大量生产,光电倍增管、电子束管和特种光源等其它四大类产品(近200个品种)也都先后批量或大量投产。

  2.黑白显像管大量生产,彩色显像管研制成功

  成都773厂是苏联援建我国的156项大工程之一。它是一个开发制造电子束管的专业化大工厂。1958年冬,摆在初任773厂第一副厂长兼总工程师的他面前的产品方案有示波管、雷达指示管、黑白显像管和摄像管四大类12个品种。显像管年产量定为50万只,其它三类各共10万只。1960年苏联专家撤退,当时正值全国性经济困难时期,不少援建项目呈停顿状态。面对这种情况,他根据国防和国民经济近期和远期的需要,建议改变产品结构,将黑白显像管的年产量减少到10万只;同时开发储存管和准备试制彩色显像管。为此,他一方面筹建开发试验部,并仿效美国的模式成立了理化试验室、特种电子管试验室、储存管试验室、彩色管试验室、摄像管试验室、荧光粉试验室和试制车间;另一方面他抓黑白显像管、示波管和指示管的试制和玻壳及示波管、指示管的大量生产,这涉及到设备、模具、原材料、工艺等一大串问题。在吴祖垲的运筹与主持下,这些问题都得到较好的解决。1963年,773厂经国家顺利验收时已能生产四大类、10个品种的电子束管。到1977年他调离773厂时,该厂已能生产六大类150种以上的产品。更有意义的是茁壮地成长了一支能征善战的技术队伍。还值得一提的是,在他亲自主持和参与下,解决了下列一些技术关键问题:

  (1)黑白显像管的离子斑问题

  虽然苏联设计的35cm黑白显像管的电子枪在原理上自具离子阱(ion trap),但显像管在工作一段时间后仍会在屏中央出现离子斑。彻底解决这个问题的有效方法是在涂好荧光屏后蒸发上一层铝,并在铝化前涂上一层有机膜,否则荧光屏将会因铝被渗入到荧光粉粒中而出现黑条纹。问题的关键是有机膜的材料和涂膜的工艺问题。1973年他赴美考察时得到启发并获得了有机膜的组分的信息。归国后他设法与某化工厂联系解决丙烯酸树脂b-72的关键材料,同时组织力量摸索涂膜工艺,最后圆满地解决了屏的铝化;这不仅彻底消除了离子斑问题,还提高了管子的亮度和对比度。这个有机膜配方的解决和原材料的国产化,以后推广到全国,对黑白显像管质量的提高起到决定性的作用。773厂因而荣获四机部的新产品三等奖。

  (2)彩色显像管的试制

  773厂彩管的试制,经历了三上三下的过程。其成功的关键主要在于解决了彩管涂屏曝光用的校正透镜,试制成彩色荧光粉和解决高压打火等重大技术难题。我国第一只19英寸彩色显像管在1970年试制成功后,他们又做了不少改进工作,如改进玻璃成分,提高其软化点,使屏经加工后不变形和提高色纯度;使屏含锶钡,锥含pbo在23%以上,以防止x射线的外溢。由于那时还正处在“文化大革命”时期,该成果仅获得四川省的重大科技奖。

  (3)电压穿透式多色显示管

  1975年,长沙工学院试制银河一号电子计算机需要43cm的电压穿透式多色显示管。因为在试制中,他亲自抓了玻壳、葱皮式荧光粉和涂屏工艺这几项重点工艺的开发,很快地出了样品,深得用户赞誉。他认为这个产品出得快,主要是由于773厂技术基础好,有玻璃试验窑和单头气压机,有荧光粉试验室,彩色显示管试验室和有一批富有实践经验的工程师。几年之后,大约是1980年,这个成果还被国防科工委授予了二等奖。

  (4)直视式高亮度储存管

  这是一种机载雷达显示管。由于吴祖垲的远见,773厂在1963年就取得样管,并重点解决了500目铜网和p—20荧光粉的研制,以及铜网上介质材料的真空蒸涂工艺。他利用现成的高分辨率电子枪,在不到两年的时间里,就试制成功了直径为5英寸的直视式高亮度储存管。1965年秋,四机部成都10所要求773厂试制为歼-7雷达配套的这种储存管,并希望能在三年内取得样管。773厂不到3个月就交出了这种样管,极大地促进了10所对这种新型雷达的研制工作。

  (5)摄像管

  摄像管的开发亦是由吴祖垲总抓的一个项目。早在1964年,四机部就给773厂开发成功的sb3s2光导管颁发了二等奖。但吴重点抓的是已纳入该厂产品方案的超正析像管,当时技术人员称它为电真空的氢弹,因为它很复杂,由幻像管、储存管、电子束管和光电倍增器四个管子组成。40年代吴祖垲在美国无线电公司(rca)工作时,其超正析像管的成品率仅为3%,而每管的价格却相当于一部福特汽车。吴在当年归国时曾带回了一个次品的样管。当时苏联的型号为lu-18,可是60年代美国生产的是多碱金属sb-k-na-cs的光电面,叫5820。要在773厂试制这个管子,先得解决一系列的原材料和复杂的工艺问题。为此,他每天晚饭后常步行到试验室去指导这项工作。1964年6月样品制出后,由成都电视台试用。但是中央电视台宁愿用进口产品。一个初生的婴儿不可能很成熟,只有在使用中发现缺点,不断改进。国际上都是这样做的,但是当时我国的主要使用部门要求一步登天。773厂对超正析像管的试制就这样刹了车。

  3.咸阳4400彩色显像管厂的建成震动了国际同行

  吴祖垲从1977年起担任着4400厂的第一副厂长兼总工程师的职务。一批选自773厂和741厂对彩色管试制有经验的工程师队伍,在他的领导下,和美日各大公司进行合同谈判和签约,基建和生产准备,一直到大量生产,都能顺利地进行。建设4400彩管厂是国家重点投资的大项目,当时的总投资为7.5亿元人民币(含外汇1.55亿美元),占地120万平方米。整个工程建设任务十分繁重,新技术项目甚多,包括彩色管厂、彩管玻壳厂、荧光粉厂、荫罩厂,还有金属零件冲压厂、偏转线圈厂和大型动力厂。像这样的大工厂,国外专家认为按例应该由一个国外的大公司来承包建设安装,否则有失败的可能。而这个工程却在1982年冬经国家验收投产。这一消息经日本广播公司(nhk)播发全球后,立即引起了全世界同行的关注。对照美国无线电公司(rca)在波兰建厂和日立公司在芬兰建厂均告失败的事实,rca特派专家到日本东京日立公司访问咸阳4400厂成功的秘密。日立公司总部要rca的专家去请教日立新加坡电子器件公司(heds)社长、原4400厂的专家组长横井昭夫,横井昭夫先生说:“因为对手是专家。”他所称的对手指的就是吴祖垲。

  吴祖垲谈其建厂经验强调了所着重抓的一些工作:

  (1)在技术交流中、合同谈判中,不仅要对主要设备和仪器的规格搞得十分清楚,而且对技术资料如产品设计文件、工艺文件、测试文件、工模具夹具图纸、原材料的购买规格和内控的技术规格都要了如指掌,并要求把它们作为附件列入合同。这样4400厂不仅有了可靠的硬件,而且有了完整的“软件”。这不失为4400厂能顺利投产的一个重要因素。

  (2)经过技术交流和出国考察,他建议选择日立公司为彩色显像管(cpt)的合作对象,旭硝子公司为彩管玻壳的合作对象,大日本涂料公司为荧光粉的合作对象。事实证明他的抉择十分允当。

  (3)必须建立产品开发基地。4400厂参照国外有关模式,不仅建立了完整的产品设计室、工艺试验室、应用试验室和理化试验室;还使玻璃分厂建有试验室,荫罩分厂建有试生产线,连荧光粉分厂亦建有完整的工艺试验室和荧光粉物理性能测试试验室。

  (4)有重点地抓了荧光粉和玻璃原材料的国产化工作,收到了年节约外汇800万美元的实效。由于玻壳、荧光粉、荫罩、电子枪和偏转线圈都是自己配套的,所以当时每只彩管用汇不到12美元,而一般彩管厂每只21英寸彩管的用汇往往近50美元。

  (5)4400厂在基建时期,极左思潮未全克服,干扰不止。作为工厂对外总代表的吴祖垲,由于坚持真理,尊重科学,从而实事求是地处理好了中日双方的合作关系。在每周面对四个日方专家组长会议上,区分情况或及时处理,或向上级汇报请示;或先处理后汇报,没有私心杂念,为了国家和人民的利益,不存畏惧。后来四机部常务副部长刘寅说:“过去你处理中日双方的事,有的领导有意见,现在4400厂建厂成功,部领导们都说老吴的办法是正确的了。”

  吴祖垲曾两次邀请rca的专家哈迪(hardy)先生来厂访问。他曾对4400厂22英寸彩管涂屏设备的高度自动化水平感到惊讶。在荧光粉分厂,哈迪先生没有嗅到一点h2的气味,他说:“在我们rca荧光粉车间到处可以感觉到h2气味的存在,可见你们舍得在三废处理上花钱。”他看到荧光粉煅烧的自动送料的隧道窑时,认为比rca的还先进。1987年,哈迪先生第二次来4400厂时,他说:“看来你们从日本引进的技术还是很先进的。”



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