曹春晓院士：有“钛”度的材料人

2013-09-27 10:41 来源: 中国科学报作者: 彭科峰

上世纪80年代，我国的冶金工艺在制造水平上存在较大缺陷，产品无法达到优良的综合性能，国家打算从国外购买用于某型军用飞机发动机的钛合金。曹春晓得知后，心中非常难过：“难道我们只能求助外人，而不能自己研制吗？”

曹春晓在办公室内接受本报记者采访。 彭科峰摄

C919起飞在即，中国的大飞机之梦渐行渐近。钛合金作为制造大飞机不可缺少的材料，在我国的航空工业史上无疑占据相当重要的地位。新中国成立以来，一代又一代的航空材料专家，为了探索性能更加优良、稳定的钛合金，经历过常人难以想象的艰辛，作出了巨大的牺牲和奉献。

中国科学院院士曹春晓就是其中的典型代表。他出生在烟雨江南，求学在上海十里洋场，学成后北上京城，在西山脚下的中航工业北京航空材料研究院（下称航材院）里，一干就是数十年，并最终成为国内外知名的钛合金专家。9月初，《中国科学报》记者前往航材院，感受这位79岁学者的多彩人生。

从上虞到上海

大型飞机重大专项咨询委员会委员、大型飞机材料研制专家咨询组组长、国家国防科工局科技委委员、中国航空学会常务理事兼材料工程分会名誉主任、南昌航空大学学术委员会主任……眼前的曹春晓，身着淡蓝色衬衣，戴着深度眼镜，儒雅热情。

于是，在一杯清茶中，曹春晓的人生轨迹，渐次展开。

1934年8月6日凌晨，浙江上虞曹村，一个可爱的小生命呱呱坠地，这让常年在外经商的曹荫培和妻子金巧云笑开了花。

照顾妻子和孩子满月后，曹荫培放心不下上海的旅社和绸布庄生意，准备回上海继续经商。“你给孩子起个名字吧。”妻子看着身边的小娃娃对丈夫说。

曹荫培一边喝着绍兴黄酒，一边思索，老大叫春旺，这是第二个孩子，该叫什么好呢？“就叫春晓吧！”当时的他一定没有想到，这个名叫曹春晓的孩子，长大后未能继承家业，而是成长为一名航空材料领域的科学家。

曹春晓从小长得清秀端正，一双机灵的大眼睛总是转个不停，一见人就笑，自小就受人欢迎。左邻右舍都叫他的小名儿——小旺。

曹荫培的生意也渐有起色。1937年，曹春晓随母亲、大哥一起来到上海，住在黄陂南路的霞飞路口（今淮海中路）法属租界的里弄。十里洋场的繁华，让小春晓感觉眼花缭乱、目不暇接。

此后，金巧云又生下了一子一女。曹春晓兄妹4人，在上海度过了快乐的童年时光。这个家庭的3个男孩都考上大学，成为栋梁之才。曹春晓的大哥毕业于华东纺织学院，弟弟毕业后在中国船舶重工集团参加工作。

“我们三兄弟，陆海空都占了。”曹春晓风趣地说。

曹春晓自幼有一种与生俱来的好奇心和求知欲。只要遇到没有见过、没有听过的新东西，他一定想办法求解。上小学后，他迷上了《水浒传》、《西游记》等古典小说，夜以继日地阅读，眼晴也因此近视。“我9岁的时候，眼睛就近视了，一开始不愿意戴眼镜，怕被人嘲笑，结果遇到了好几次险情，差点没命。”

最终，曹春晓主动佩戴了眼镜。他说：“这件事给我印象很深，告诫我一定要及时接受教训，败者可调整行为而避免重蹈覆辙，成者可肯定行为而继续努力。”

投身航空材料领域

1945年9月9日，抗日战争胜利。11岁的曹春晓在上海看着身边喜笑颜开的民众，锣鼓声、欢呼声惊天动地，激动得不能自已。

他第一次感觉到，国家民族的命运和个人的前途关系如此密切。国家强大，个人才能有更大的作为。

就读于知名的上海南模中学，进一步培养了曹春晓对于科学的兴趣。南模中学的毕业生中，两院院士多达36人。

南模中学的资深教师赵宪初对曹春晓的影响很大。赵宪初告诉他，数理化是对前人从事生产工作的基本理论的总结，掌握好它，就可以在此基础上进一步掌握更高深的知识，成为行业专家。

1952年，曹春晓如愿考入上海交通大学，分配在机械制造系，学习金属压力加工专业。尽管对这个专业有些不太了解，但本着服从组织分配的想法，曹春晓安心在这个专业里刻苦钻研。

毕业后，学校打算让他留校任教，而他却一心一意要到国防科研单位从事科研工作。最终，学校的系主任被他打动，将他分配到北京航空材料研究所（航材院前身）。

彼时，朝鲜战争中我国空军力量的匮乏，让高层意识到航空工业建设的重要性。1956年5月，北京航空材料研究院在这样的背景下成立。

这样一个新成立的机构，其条件之艰苦不难想象。刚分配来的大学生们，都住在非常简陋的一间大屋子里，而这原本是一间粮仓。苍蝇蚊子的“轰炸”，经常让曹春晓睡不好觉，但他并不介意。

1956年10月，冲破美国阻挠毅然归国的知名金属物理学家、航空材料专家颜鸣皋来到航材院，负责筹建钛合金实验室。曹春晓被选中，担任颜鸣皋的助手，自此在钛合金研究领域“越陷越深”。

钛材料是上世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛应用于各个领域。

1964年底，国外留学归来的学者王金友对曹春晓说：“你现在是专业组长了，要好好考虑一下，如何打开钛合金在我国航空工业中的应用局面。”

当时，航材院已经研究钛合金多年，但还没有一个钛合金零部件应用到航空发动机上。曹春晓深感责任重大，由此开展了在涡喷6发动机上推广应用Ti-6A1-4V合金压气机叶片和盘的研究。

1966年，在曹春晓等人的努力下，我国诞生了第一台装上钛合金叶片的航空发动机。它掀开了我国航空发动机用钛史的第一页，实现了零的突破。之后，他与其他科技人员，将TC4钛合金叶片和压气机盘扩大应用到五六种机型之中，取代了原来笨重的钢叶片和钢盘，显著减轻了发动机重量，提高了发动机的推重比。

鲜为人知的是，一度让国人惋惜不已的国产大飞机的前身——运10飞机的研制，也曾经有曹春晓的身影。

1973年，从运10使用的涡扇8发动机的研制开始，航材院等多家单位联合组成“钛合金在长寿命航空发动机上的应用研究”课题组，并与上海重型机械厂等单位紧密协作，共同研制该发动机的59种钛合金零件。航材院即派出曹春晓、唐龙章等人参与研究。

经过几年的协同作战，曹春晓等人研制出10台涡扇8发动机，并经受了试车实验。1982年，发动机被装在波音707上，顺利通过试飞考核。

1980年，运10首航成功，但最终因为种种原因下马。这一度让曹春晓遗憾不已。“对于我们这些航空材料人来说，谁不希望能坐上自己设计和制造的大型客运飞机呢？”

首创多个第一

在钛合金研究领域，曹春晓成就斐然。

1979年，国家决定给空军装备某种新型歼击机。该飞机所用的发动机急需一种耐热温度比TC4合金高100℃、拉伸强度比TC4高100MPa的TC11钛合金。

考虑到当时我国的冶金工艺在制造水平上的缺陷，产品无法达到优良的综合性能，国家打算从国外购买。

曹春晓得知后，心中非常难过：“难道我们只能求助外人，而不能自己研制吗？”一种为民族争气、为国争光的心潮在他胸中涌动。

经过反复研究，曹春晓创造性地提出了一种高低温交替的新型锻造工艺，即高低温交替热变形技术，它能显著改善大锻件内部组织性能的均匀性和稳定性。

由于工艺的创新和产品的及时研制成功，原定用来进口材料的500万美元外汇节省了下来，曹春晓也凭这项具有国际先进水平的新工艺，获得了1987年国家科技进步奖一等奖。

TC11目前已成为我国军用工业中用量最大的一种钛合金，而高低温交替热变形技术则已广泛应用于各种钛合金的生产。

不少飞行事故不是由于材料强度过低，而是由于断裂韧性太低或裂纹扩展速率太高所致。美国、俄罗斯等国都投入大量人力财力，试图通过合金化途径研制出兼具高强度、高刚性、高韧性、低裂纹扩展速率、低密度的钛合金，但结果均不尽如人意。

那么，能否独辟蹊径，通过新的工艺达到“鱼与熊掌兼得”的目的呢？

在长期积累的知识经验基础上，曹春晓提出了在歼7型机减速伞舱梁上应用一种崭新的热处理工艺（BRCT工艺）的建议。与传统热处理工艺相比，BRCT 热处理工艺在保持原有强度、刚性的情况下，提高断裂韧性50%以上，疲劳裂纹扩展速率可降低一个数量级，提高使用温度20℃左右。这使TC11钛合金如虎添翼。

为进一步提高发动机的推重比，迫切需要研制和应用一种能耐更高温度的新型钛合金。从 1986年开始，曹春晓作为“550℃高温钛合金（Ti-55合金）的应用研究”这一国防科工委“八五”重点预研项目的负责人，率领跨部门的大型联合课题组，突破了八大关键技术，圆满地完成了预定任务。

Ti-55合金是我国独创的含稀土元素钕的550℃高温钛合金，该合金在某新型航空发动机压气机盘、叶片和鼓筒上的成功应用，标志着我国高温钛合金的应用达到了新水平。

上世纪80年代，始终关注科技前沿的曹春晓获悉国外正在研制一种使用温度可达650℃～700℃的金属间化合物Ti3Al后，提出立项论证报告，被列入国家“863”高科技项目。

曹春晓率领课题组创造性地采用了具有我国特色的熔炼、锻造和热处理工艺，突破了“室温脆性”等技术难关，成功地研制出了我国第一批Ti3Al合金航空发动机零件。

国家没有忽视曹春晓等这一代航空材料人的努力。1989年，他获得国家级有突出贡献中青年专家称号。1996年，他荣获光华一等奖。1997年，他当选中国科学院院士。2001年，他获得航空工业系统最高奖——航空报国金奖。2012年，他获得中国钛工业杰出贡献奖。

文武兼修

对于曹春晓来说，荣誉再多，他仍认为自己只是一名普通的航空材料研究者。他的本职工作，就是在钛合金领域力争作出更多的突破。尽管因为年事已高，他现在已经很少再担任重大科技专项的直接负责人，但他一直没有离开自己的“战场”。

“我现在主要是做一些指导性工作，科研项目还是要让年轻人负责，只有给他们压力，才能成长得快一些。”曹春晓说。

“既为人师，就不能误人子弟，误国大计。”曹春晓感到，自己有责任为培养年轻人多作贡献。因此，以指导博士生为主要战场，担当起传授知识和传递科技接力棒的光荣任务，成为他现在义不容辞的责任和“用武之地”。

曹春晓告诉记者：“年轻时每当研究进入关键阶段，我会通宵加班，个别情况下甚至几十个小时不睡觉。”1995年初，他因为连续作战，一直熬夜写材料，体力透支一度出现心跳短时暂停。

住进医院，医生给他的心脏安上了钛合金外壳的起搏器。他开玩笑说：“我搞了一辈子钛合金，这下倒好，和钛合金结下不解之缘了。”

但他并不是一个只懂得工作的人。出身于江南文风鼎盛之地，曹春晓自幼喜爱文学，经常在“诗兴大发”的时候，做几首诗歌，赢得同事的一片赞赏。他曾经送给年轻人一副题为“善生活”的对联：“巧安排忙里偷闲，爱生活情趣多样”，足见幼功。

多才多艺的他，从小爱好体育，特别喜欢打乒乓球。在学生时代，他就以削球出名，年轻时还在航材院得过单打冠军。年岁稍长，他还获得了老年组冠军。有人评价说：“曹春晓院士打球，风格犹如其人，以守为主，以稳为本，以柔克刚，以韧取胜。”

“唱歌跳舞是精神的营养素，生命的防老剂。”曹春晓说，他常和朋友一起去唱卡拉OK，让脑细胞得到充分的休息。每逢院里有活动，他总会在台上一展风采。

下围棋也是曹春晓的一大爱好。他的亲侄子曹大元是知名的围棋国手，和马晓春等名将不相上下。每次曹大元前来看望，他总要拉上侄子一起下上两盘。当然，为了照顾他的面子，围棋国手也要适当“放水”。

“现在年纪大了，视力不太好，不怎么打乒乓球了。”曹春晓说，如今，他更愿意在阳台养花种草，兰花是他的最爱。

回顾自己的人生，曹春晓觉得，他是沿着少时“科技强国”的理想，一步步走来，如今也算心愿得偿。但他心中，还有一个梦想未曾完成：“在航空工业工作数十年，什么时候，我能够坐上我国自主研发的大飞机呢？”他希望，自己能够活得久一点，能够成为C919的第一批乘客。

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