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曹春晓:有“钛”度的材料人

信息文章来源:【www.sbf774.com】   时间: 2013-11-25
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   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?”
 
   ■本报记者 彭科峰 
 

   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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