有“鈦”度的材料人

曹春曉院士

曹春曉

1934年8月6日生于浙江上虞，材料科學家，鈦合金專家，中國鈦合金研究與應用的創始人之一，中國科學院院士。他不斷開創新型鈦合金和Ti-Al系金屬間化合物，并應用于航空工業，顯著減輕飛機及其發動機的結構重量，為提高飛機航速、增加航程、節省燃料等創造了條件。

C919起飛在即，中國的大飛機之夢漸行漸近。鈦合金作為制造大飛機不可缺少的材料，在我國的航空工業史上無疑占據相當重要的地位。新中國成立以來，一代又一代的航空材料專家，為了探索性能更加優良、穩定的鈦合金，經歷過常人難以想象的艱辛，作出了巨大的犧牲和奉獻。

中國科學院院士曹春曉就是其中的典型代表。他出生在煙雨江南，求學在上海十里洋場，學成后北上京城，在西山腳下的中航工業北京航空材料研究院（下稱航材院）里，一干就是數十年，并最終成為國內外知名的鈦合金專家。9月初，《中國科學報》記者前往航材院，感受這位79歲學者的多彩人生。

從上虞到上海

大型飛機重大專項咨詢委員會委員、大型飛機材料研制專家咨詢組組長、國家國防科工局科技委委員、中國航空學會常務理事兼材料工程分會名譽主任、南昌航空大學學術委員會主任……眼前的曹春曉，身著淡藍色襯衣，戴著深度眼鏡，儒雅熱情。

于是，在一杯清茶中，曹春曉的人生軌跡，漸次展開。

1934年8月6日凌晨，浙江上虞曹村，一個可愛的小生命呱呱墜地，這讓常年在外經商的曹蔭培和妻子金巧云笑開了花。

照顧妻子和孩子滿月后，曹蔭培放心不下上海的旅社和綢布莊生意，準備回上海繼續經商。“你給孩子起個名字吧。”妻子看著身邊的小娃娃對丈夫說。

曹蔭培一邊喝著紹興黃酒，一邊思索，老大叫春旺，這是第二個孩子，該叫什么好呢？“就叫春曉吧！”當時的他一定沒有想到，這個名叫曹春曉的孩子，長大后未能繼承家業，而是成長為一名航空材料領域的科學家。

曹春曉從小長得清秀端正，一雙機靈的大眼睛總是轉個不停，一見人就笑，自小就受人歡迎。左鄰右舍都叫他的小名兒——小旺。

曹蔭培的生意也漸有起色。1937年，曹春曉隨母親、大哥一起來到上海，住在黃陂南路的霞飛路口（今淮海中路）法屬租界的里弄。十里洋場的繁華，讓小春曉感覺眼花繚亂、目不暇接。

此后，金巧云又生下了一子一女。曹春曉兄妹4人，在上海度過了快樂的童年時光。這個家庭的3個男孩都考上大學，成為棟梁之才。曹春曉的大哥畢業于華東紡織學院，弟弟畢業后在中國船舶重工集團參加工作。

“我們三兄弟，陸海空都占了。”曹春曉風趣地說。

曹春曉自幼有一種與生俱來的好奇心和求知欲。只要遇到沒有見過、沒有聽過的新東西，他一定想辦法求解。上小學后，他迷上了《水滸傳》《西游記》等古典小說，夜以繼日地閱讀，眼睛也因此近視。“我9歲的時候，眼睛就近視了，一開始不愿意戴眼鏡，怕被人嘲笑，結果遇到了好幾次險情，差點沒命。”

最終，曹春曉主動佩戴了眼鏡。他說：“這件事給我印象很深，告誡我一定要及時接受教訓，敗者可調整行為而避免重蹈覆轍，成者可肯定行為而繼續努力。”

投身航空材料領域

1945年9月9日，抗日戰爭勝利。11歲的曹春曉在上海看著身邊喜笑顏開的民眾，鑼鼓聲、歡呼聲驚天動地，激動得不能自已。

他第一次感覺到，國家民族的命運和個人的前途關系如此密切。國家強大，個人才能有更大的作為。

就讀于知名的上海南模中學，進一步培養了曹春曉對于科學的興趣。 南模中學的畢業生中，兩院院士多達36人。

南模中學的資深教師趙憲初對曹春曉的影響很大。趙憲初告訴他，數理化是對前人從事生產工作的基本理論的總結，掌握好它，就可以在此基礎上進一步掌握更高深的知識，成為行業專家。

1952年，曹春曉如愿考入上海交通大學，分配在機械制造系，學習金屬壓力加工專業。盡管對這個專業有些不太了解，但本著服從組織分配的想法，曹春曉安心在這個專業里刻苦鉆研。

畢業后，學校打算讓他留校任教，而他卻一心一意要到國防科研單位從事科研工作。最終，學校的系主任被他打動，將他分配到北京航空材料研究所（航材院前身）。

彼時，朝鮮戰爭中我國空軍力量的匱乏，讓高層意識到航空工業建設的重要性。1956年5月，北京航空材料研究院在這樣的背景下成立。

這樣一個新成立的機構，其條件之艱苦不難想象。剛分配來的大學生們，都住在非常簡陋的一間大屋子里，而這原本是一間糧倉。蒼蠅蚊子的“轟炸”，經常讓曹春曉睡不好覺，但他并不介意。

1956年10月，沖破美國阻撓毅然歸國的知名金屬物理學家、航空材料專家顏鳴皋來到航材院，負責籌建鈦合金實驗室。曹春曉被選中，擔任顏鳴皋的助手，自此在鈦合金研究領域“越陷越深”。

鈦材料是上世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛應用于各個領域。

1964年底，國外留學歸來的學者王金友對曹春曉說：“你現在是專業組長了，要好好考慮一下，如何打開鈦合金在我國航空工業中的應用局面。”

當時，航材院已經研究鈦合金多年，但還沒有一個鈦合金零部件應用到航空發動機上。曹春曉深感責任重大，由此開展了在渦噴6發動機上推廣應用Ti-6A1-4V合金壓氣機葉片和盤的研究。

1966年，在曹春曉等人的努力下，我國誕生了第一臺裝上鈦合金葉片的航空發動機。它掀開了我國航空發動機用鈦史的第一頁，實現了零的突破。之后，他與其他科技人員，將TC4鈦合金葉片和壓氣機盤擴大應用到五六種機型之中，取代了原來笨重的鋼葉片和鋼盤，顯著減輕了發動機重量，提高了發動機的推重比。

鮮為人知的是，一度讓國人惋惜不已的國產大飛機的前身——運10飛機的研制，也曾經有曹春曉的身影。

1973年，從運10使用的渦扇8發動機的研制開始，航材院等多家單位聯合組成“鈦合金在長壽命航空發動機上的應用研究”課題組，并與上海重型機械廠等單位緊密協作，共同研制該發動機的59種鈦合金零件。航材院即派出曹春曉、唐龍章等人參與研究。

經過幾年的協同作戰，曹春曉等人研制出10臺渦扇8發動機，并經受了試車實驗。1982年，發動機被裝在波音707上，順利通過試飛考核。

1980年，運10首航成功，但最終因為種種原因下馬。這一度讓曹春曉遺憾不已。“對于我們這些航空材料人來說，誰不希望能坐上自己設計和制造的大型客運飛機呢？”

首創多個第一

在鈦合金研究領域，曹春曉成就斐然。

1979年，國家決定給空軍裝備某種新型殲擊機。該飛機所用的發動機急需一種耐熱溫度比TC4合金高100℃、拉伸強度比TC4高100MPa的TC11鈦合金。

考慮到當時我國的冶金工藝在制造水平上的缺陷，產品無法達到優良的綜合性能，國家打算從國外購買。

曹春曉得知后，心中非常難過：“難道我們只能求助外人，而不能自己研制嗎？”一種為民族爭氣、為國爭光的心潮在他胸中涌動。

經過反復研究，曹春曉創造性地提出了一種高低溫交替的新型鍛造工藝，即高低溫交替熱變形技術，它能顯著改善大鍛件內部組織性能的均勻性和穩定性。

由于工藝的創新和產品的及時研制成功，原定用來進口材料的500萬美元外匯節省了下來，曹春曉也憑這項具有國際先進水平的新工藝，獲得了1987年國家科技進步獎一等獎。

TC11目前已成為我國軍用工業中用量最大的一種鈦合金，而高低溫交替熱變形技術則已廣泛應用于各種鈦合金的生產。

不少飛行事故不是由于材料強度過低，而是由于斷裂韌性太低或裂紋擴展速率太高所致。美國、俄羅斯等國都投入大量人力財力，試圖通過合金化途徑研制出兼具高強度、高剛性、高韌性、低裂紋擴展速率、低密度的鈦合金，但結果均不盡如人意。

那么，能否獨辟蹊徑，通過新的工藝達到“魚與熊掌兼得”的目的呢？

在長期積累的知識經驗基礎上，曹春曉提出了在殲7型機減速傘艙梁上應用一種嶄新的熱處理工藝（BRCT工藝）的建議。與傳統熱處理工藝相比，BRCT 熱處理工藝在保持原有強度、剛性的情況下，提高斷裂韌性50%以上，疲勞裂紋擴展速率可降低一個數量級，提高使用溫度20℃左右。這使TC11鈦合金如虎添翼。

為進一步提高發動機的推重比，迫切需要研制和應用一種能耐更高溫度的新型鈦合金。從1986年開始，曹春曉作為“550℃高溫鈦合金（Ti-55合金）的應用研究”這一國防科工委“八五”重點預研項目的負責人，率領跨部門的大型聯合課題組，突破了八大關鍵技術，圓滿地完成了預定任務。

Ti-55合金是我國獨創的含稀土元素釹的550℃高溫鈦合金，該合金在某新型航空發動機壓氣機盤、葉片和鼓筒上的成功應用，標志著我國高溫鈦合金的應用達到了新水平。

上世紀80年代，始終關注科技前沿的曹春曉獲悉國外正在研制一種使用溫度可達650℃～700℃的金屬間化合物Ti3Al后，提出立項論證報告，被列入國家“863”高科技項目。

曹春曉率領課題組創造性地采用了具有我國特色的熔煉、鍛造和熱處理工藝，突破了“室溫脆性”等技術難關，成功地研制出了我國第一批Ti3Al合金航空發動機零件。

國家沒有忽視曹春曉等這一代航空材料人的努力。1989年，他獲得國家級有突出貢獻中青年專家稱號。1996年，他榮獲光華一等獎。1997年，他當選中國科學院院士。2001年，他獲得航空工業系統最高獎——航空報國金獎。2012年，他獲得中國鈦工業杰出貢獻獎。

文武兼修

對于曹春曉來說，榮譽再多，他仍認為自己只是一名普通的航空材料研究者。他的本職工作，就是在鈦合金領域力爭作出更多的突破。盡管因為年事已高，他現在已經很少再擔任重大科技專項的直接負責人，但他一直沒有離開自己的“戰場”。

“我現在主要是做一些指導性工作，科研項目還是要讓年輕人負責，只有給他們壓力，才能成長得快一些。”曹春曉說。

“既為人師，就不能誤人子弟，誤國大計。”曹春曉感到，自己有責任為培養年輕人多作貢獻。因此，以指導博士生為主要戰場，擔當起傳授知識和傳遞科技接力棒的光榮任務，成為他現在義不容辭的責任和“用武之地”。

曹春曉告訴記者：“年輕時每當研究進入關鍵階段，我會通宵加班，個別情況下甚至幾十個小時不睡覺。”1995年初，他因為連續作戰，一直熬夜寫材料，體力透支一度出現心跳短時暫停。

住進醫院，醫生給他的心臟安上了鈦合金外殼的起搏器。他開玩笑說：“我搞了一輩子鈦合金，這下倒好，和鈦合金結下不解之緣了。”

但他并不是一個只懂得工作的人。出身于江南文風鼎盛之地，曹春曉自幼喜愛文學，經常在“詩興大發”的時候，做幾首詩歌，贏得同事的一片贊賞。他曾經送給年輕人一副題為“善生活”的對聯：“巧安排忙里偷閑，愛生活情趣多樣”，足見幼功。

多才多藝的他，從小愛好體育，特別喜歡打乒乓球。在學生時代，他就以削球出名，年輕時還在航材院得過單打冠軍。年歲稍長，他還獲得了老年組冠軍。有人評價說：“曹春曉院士打球，風格猶如其人，以守為主，以穩為本，以柔克剛，以韌取勝。”

“唱歌跳舞是精神的營養素，生命的防老劑。”曹春曉說，他常和朋友一起去唱卡拉OK，讓腦細胞得到充分的休息。每逢院里有活動，他總會在臺上一展風采。

下圍棋也是曹春曉的一大愛好。他的親侄子曹大元是知名的圍棋國手，和馬曉春等名將不相上下。每次曹大元前來看望，他總要拉上侄子一起下上兩盤。當然，為了照顧他的面子，圍棋國手也要適當“放水”。

“現在年紀大了，視力不太好，不怎么打乒乓球了。”曹春曉說，如今，他更愿意在陽臺養花種草，蘭花是他的最愛。

回顧自己的人生，曹春曉覺得，他是沿著少時“科技強國”的理想，一步步走來，如今也算心愿得償。但他心中，還有一個夢想未曾完成：“在航空工業工作數十年，什么時候，我能夠坐上我國自主研發的大飛機呢？”他希望，自己能夠活得久一點，能夠成為C919的第一批乘客。（來源：《中國科學報》）