曹春曉

曹春曉，浙江上虞人，材料科學家、鈦合金專家，中國航空工業鈦合金研究和套用的創始人之一，“航空報國金獎”得主，中國科學院院士。

1956年畢業於上海交通大學機械製造系金屬壓力加工專業。現為北京航空材料研究院研究員、博士生導師、學位評定委員會主席，南昌航空大學學術委員會主任，國家大型飛機重大專項專家諮詢委員會委員，中國航空學會常務理事兼學術工作委員會副主任，中國有色金屬學會資深常務理事，《材料工程》雜誌主編等。曾任全國博士後管委會材料科學與工程專家組組長，中國機械工程學會塑性工程學會理事長，中國有色金屬工業協會鈦業分會會長等。

不斷開創新型鈦合金和鈦--鋁系金屬間化合物，並套用於航空工業，顯著減輕飛機及其發動機的結構重量；創立高低溫交替熱變形技術，解決了長期以來存在於大型鈦合金零件生產中的金相組織不均勻的關鍵問題；創立BRCT熱處理技術；創立鈦合金急冷式β熱變形強韌化技術；研究了鈦合金的強化機制、阻燃機理、疲勞裂紋擴展特徵及其它基礎問題。

基本介紹

• 中文名：曹春曉
• 外文名：Cao Chunxiao
• 國籍：中國
• 民族：漢族
• 出生地：浙江上虞
• 出生日期：1934年8月6日
• 職業：材料科學家，鈦合金專家
• 畢業院校：上海交通大學
• 信仰：中國共產黨
• 主要成就：開創中國鈦合金研究與套用
• 代表作品：合金.金屬間化合物結構材料
• 學位：研究生，博士生導師

個人經歷

1934年出生於浙江上虞，1956年上海交通大學畢業。

曹春曉青年時期

1956年，這個剛剛大學畢業的年輕人來到了北京航空材料研究院，實現了自己獻身於國防科技事業的志願。那一年，恰逢院裡剛剛籌建了日後在航空領域大顯身手的鈦合金試驗室，曹春曉有幸成為其中的一員，並由此走進了一個神秘而又嶄新的世界……

在現代材料科學與技術的發展歷程中，航空材料一直扮演著先導和基礎作用，“一代材料，一代飛行器”是航空工業發展的生動寫照，也是航空材料帶動相關領域發展的真實描述。

1954年，美國的普惠公司首次研製出由鈦合金製造的發動機葉片，成功的套用於太空梭上。此後，具有優異特性鈦合金在各種航空製造材料中的使用比率不斷上升，並逐步成為現代航空器不可或缺的材料。因此，儘快將鈦合金套用到飛機製造業，也是我國航空發展史中必不可少的環節。

鈦是第二次世界大戰以後登上世界工業舞台的年輕金屬，它僅次於鐵、鋁，被譽為正在崛起的“第三金屬”。曹春曉他們十分清楚，他們的研究對於新中國的軍事、經濟和社會發展，具有重要的戰略意義。

可供參考的國外的資料和圖片幾乎沒有,核心的技術只能靠自己摸索。1965年的冬天, 由鈦合金製成的飛機發動機葉片終於研製出來了。

如何減輕飛機的重量一直是飛機設計師考慮的主要問題， 而材料的優劣對飛機的速度、高度、航程、安全可靠性等各方面起著無可置疑的影響，將比重相對較輕而強度相當的鈦合金引入飛機製造業，對推動我國航空業的進步與發展意義重大。

這次試車的成功，掀開了我國航空發動機用鈦史的第一頁。此後的十幾年中，在曹春曉的推動下，先後有五六種航空發動機裝上了鈦合金葉片，取代了原來笨重的鋼葉片和鋼盤，使發動機的重量明顯減輕，為我國空軍裝備的現代化做出了重要貢獻。

20世紀八十年代初期，國家急需一種航空發動機的使用材料，打算斥巨資從國外購買。因為當時我國的冶金工藝在製造上存在著比較大的缺陷, 內部組織很不均勻，無法達到優良的綜合性能。

記不清在多少個寢食難安的日日夜夜之後，曹春曉創造性的提出了一種高低溫交替的新型鍛造工藝，能顯著改善大鍛件內部組織性能的均勻性和穩定性。達到了國外同類產品的水平，由於產品工藝及時的研製成功，國家原定用來進口材料生產線的五百萬美元節省了下來，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。

1903年12月17日早上10時35分，美國的萊特兄弟操縱飛行者1號飛機飛離地面，這個紀錄改變了人類生活。從此，人類實現了飛行的夢想。

此後100年，航空材料經過了一代又一代的革新,由最初的木質和布料，很快進入了金屬結構時代。鋁和鋼之後，飛行器進入了一個鈦的時代。

1987年起歷任北京航空材料研究院（621所）研究員、博士生導師。

1997年當選為中國科學院技術科學學部院士。

主要成就

他長期從事航空材料研究，是我國航空工業鈦合金研究和套用的創始人之一。

他不斷開創新型鈦合金和鈦－鋁系金屬間化合物，並先後套用到飛機上，大幅度減輕了發動機結構重量，提高了飛機及發動機的關鍵性能，為我國空軍裝備的現代化作出了重要貢獻。其中TC4合金葉片等重要零件的研製和試用成功為我國鈦工業發展和在航空工業中套用奠定了基礎，起到了開路先鋒的作用，1978年獲全國科學大會獎，顯著減輕飛機及其發動機的結構重量；首先利用特定的相變模式最佳化鈦合金的β轉變組織形態和性能，創立BRCT熱處理技術；利用形變--相變聯合機制，創立鈦合金急冷式β熱變形強韌化技術；研究了鈦合金的強化機制、阻燃機理、疲勞裂紋擴展特徵及其它基礎問題，並相應地取得了創造性成果。

其後，他又潛心研究使用溫度可達500℃的高溫鈦合金TC11。他根據再結晶和相變相結合的原理，創立了高低溫交替熱變形技術，解決了長期以來存在於大型鈦合金零件生產中的金相組織不均勻的關鍵問題，顯著改善了大鍛件組織性能的均勻性和穩定性，使TC11合金材料和模盤鍛件的組織性能不僅達到國外同類產品水平，而且在一些關鍵指標上超過了它們，從而解決了兩種新型航空發動機的急需，為兩種新型殲擊機首飛立下了汗馬功勞。該成果獲1987年度國家科技進步一等獎。

他首先利用特定的相變模式最佳化鈦合金β轉變組織形態和綜合性能，創立了BRCT熱處理技術，獲1995年度國家發明三等獎。他利用形變－相變聯合機制，創立鈦合金急冷式β熱變形強韌化技術，並成功地把我國獨創的550℃高溫鈦合金套用於新型航空發動機，獲1999年度國家科技進步二等獎。他還研究了鈦合金的強化機制、阻燃理論、疲勞裂紋擴展特徵等基礎問題，並相應地取得創造性成果。

科學研究

航空工業用鈦開路先鋒

鈦是國際上20世紀50年代才開始走向工業化生產和套用的一種嶄新的金屬材料。曹春曉從參加工作的那一天起，就為開闢中國航空工業用鈦的道路而不懈努力。1965年，他肩負課題負責人的重任，選擇TC4鈦合金為突破口，創造性地解決了各種技術難題。1966年，我國第一台裝上鈦合金葉片的航空發動機試車成功，掀開了我國航空發動機用鈦史的第一頁，實現了零的突破。之後，他與其他科技人員繼續努力，將TC4鈦合金葉片和壓氣機盤擴大到五六種機型之中，取代原來笨重的鋼葉片和鋼盤，顯著地減輕了發動機重量，提高了發動機的推重比。技術鑑定會為其作出了中肯的鑑定：“TC4合金產品的組織性能達到了國際及美國宇航材料標準，它的研究成功為我國鈦工業的發展和在航空工業中的套用奠定了基礎，起到了開路先鋒的作用。”

創交替熱變形技術

一種新型航空發動機急需能耐500℃的熱強鈦合金TC11。曹春曉又率領航空部內外的同仁展開了攻堅戰。鈦合金大型模鍛件及其坯料的金相組織很不均勻是長期未能解決的“老大難”問題。他反覆思考和實踐，根據鈦合金熱變形過程中再結晶和相變交叉進行的原理，產生了通過熱變形溫度的交替變換（高—低—高—低）獲得細小均勻的新β晶粒的新思路，從而創立了高低溫交替熱變形技術。這一具有國際先進水平的新技術，顯著改善了大鍛件組織性能的均勻性和穩定性，使TCll合金材料和盤模鍛件的組織性能不僅達到國外同類產品的水平，而且在一些關鍵指標上超過了它們。這一重大突破為空軍裝備更新換代做出了重要貢獻，還為國家節省了原已批准用於進口的500萬美元外匯和用於新建一條鈦鍛件生產線的621萬元投資，僅航空部內鍛造廠的產值在1980-1984年就增加了3000萬元，並推動了航空鈦鍛件向國外的出口。該成果獲1987年度國家科技進步一等獎，他是第一完成人。TCll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套用於各種鈦合金的生產。

BRCT熱處理工藝

不少飛行事故不是由於材料強度過低，而是由於斷裂韌性太低或裂紋擴展速率太高所致。美、俄等國都投入大量人力財力，試圖通過合金化途徑研製出兼有高強度、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。曹春曉萌生一個念頭：我們能否獨闢蹊徑，通過新的工藝途徑達到兼有魚與熊掌之目的呢？他創立了一種嶄新的熱處理工藝——BRCT工藝。這一工藝的主要特點是首次利用特定的相變模式最佳化了β轉變組織形態。與傳統的α+β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，降低疲勞裂紋擴展速率一個數量級，提高使用溫度20℃左右。與一般的β熱處理工藝相比，BRCT熱處理工藝可獲高得多的疲勞強度和拉伸塑性。這使TCll鈦合金如虎添翼，變成了兼有“四高二低”（高溫、高強、高韌、高剛性、低密度、低裂紋擴展速率）特性的鈦合金。這一具有國際先進水平的BRCT熱處理工藝，成功地套用於某新型殲擊機的TCll鈦合金傘艙梁。該成果獲1995 年度國家發明三等獎（他是第一發明人）。

含釹新型高溫鈦合金

為進一步提高發動機的推重比，迫切需要研製和套用一種能耐更高溫度的新型鈦合金。於是曹春曉作為“550℃高溫鈦合金的套用研究”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，通過了部級鑑定。鑑定委員會認為：“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套用，標誌著我國高溫鈦合金的套用達到了新水平，形成了由TC4、TCll、Ti-55組成的航空發動機用主要鈦合金系列”，“在率先套用含釹新型鈦合金以及急冷式β模鍛、三重式α+β熱處理等關鍵技術方面具有創新性”。該項目於1998年獲國家科技進步二等獎。

Ti-Al系金屬間化合物

始終關注科技前沿的曹春曉獲悉國外有人正在研製一種使用溫度可達650-700℃的金屬間化合物Ti3Al後，提出立項論證報告，被列入國家“863”高科技項目。他率領課題組創造性地採用了具有我國自己特色的熔煉、鍛造和熱處理工藝（其中新型均勻化熔煉技術已獲國家發明專利，他是第一發明人），突破了“室溫脆性”等技術難關，成功地研製出了我國第一批Ti3Al合金航空發動機零件。1990年底，他為此獲國家科委和國家高技術新材料領域專家委員會授予的重要貢獻獎狀。“八五”期間，他為把這一高風險的“革命性”材料推向實用化作出新的努力。在大量性能數據的基礎上，一台裝有Ti3Al合金（TD2）零件的航空發動機首次試車成功，在整個金屬間化合物領域中起到了示範帶頭作用。在1996年評審驗收中被國防科工委和中國航空工業總公司專家組評為A級。部級鑑定意見中指出：“TD2合金工藝及性能穩定，拉伸強度、塑性、斷裂韌性、衝擊韌性等關鍵性能優於美國同類合金（超α2合金），在均勻化熔鑄工藝等實用化關鍵技術、性能系統研究以及Ti3Al基合金轉子零件率先地面台架試車等方面居國際領先地位。”

近年來，他與課題組同志一起，又研究成功一種綜合性能更優的新一代Ti3Al合金（TD3），並在生產條件下研製出我國迄今為止最大的Ti3Al合金鍛件（重70千克，外徑770毫米），在2000年年底的驗收中被國防科工委專家組評為A級。

與此同時，他還在積極研究可在750-850℃下長期工作的TiAl合金，已取得重要進展，即將進入套用研究階段。

學術論著

曹春曉在學術理論上也頗有建樹。先後發表論文百餘篇，在國內外鈦學術界頗有影響。

1978年他從英國考察鈦合金回來，寫出了8萬多字的考察報告，受到了各有關廠、所、院、校的廣泛好評。

1980年他赴日本，在鈦世界會議上發表了題為“β轉變組織形態等組織特徵對Ti-6Al-4V合金力學性能的影響”的論文，在當時科技界普遍偏重控制鈦合金等軸初生α含量的情況下，他闡明了β轉變組織形態對力學性能起關鍵作用的獨到見解，引起了各國學者的廣泛重視。

他參與編寫的《鍛件質量分析》一書獲1983 年全國優秀科技圖書二等獎。

他先後圍繞鈦合金β脆性形成和消失的塑變條件、高低溫交替熱變形技術基本原理、各類顯微組織的形成和變化規律、疲勞與斷裂行為及其特徵、釹在鈦合金中的存在形態和強化機制、鈦燃燒及阻燃機理、鈦基複合材料中富釹氧化物顆粒的析出行為、各種元素在Ti3Al和TiAl合金中的作用規律和機理等方面深入開展套用基礎研究工作和發表學術論文，而這些學術思想的形成和交融正是他能取得上述累累碩果的基礎。

1 曹春曉.熱塑變條件對α+β型鈦合金顯微組織與機械性能的影響.六院6所首屆學術年會研究報告彙編，1962：106

2 Cao C X, Wang J Y, Shen G Q. Effect of transformed beta morphology and other structural features on mechanical properties in Ti-6AL4V. Proc. of 4th international Conf. on titanium. Worrendale, Pennsyvania, USA: TMS-AIME Publications, 1980

3 曹春曉.，1990（3）：23

4 曹春曉，蔣凱雁，高揚等.鈦合金的新型β熱處理工藝——BRCT熱處理工藝.航空製造工程，1996（12）：14

5 曹春曉，孫福生，曹京霞.TD2合金（Ti3Al基）的研究和套用.鋼鐵研究學報，1997，9（增刊）：80

6 Cao C X , Sun F S, Ma J M , et al. Recent situation of Ti alloy casting and P/M technologies. Titanium 99 Science and Technology, SaintPetersburg, Russia: CRISM “Prometey”, 2000:1794

7 曹春曉，李臻熙，孫福生.Ti-48Al合金片層組織的連續粗化機制.材料熱處理學報，2000，22（1）：2

8 曹春曉，楊銳，李世瓊.Ti3Al及其合金.金屬間化合物結構材料（下卷）.北京：國防工業出版社，2001：785-832.

人才培養

曹春曉在科研攻關的同時還擔負起培養人才、組織學科梯隊的重任。迄今，他已培養了3名碩士、4名博士和2名博士後，為我國航空事業的人才培養做出了突出貢獻。他發表論著百餘篇，在國內外影響頗大。

社會任職

兼任中國航空學會材料工程分會副主席和院學位評定委員會副主任、南昌航空大學學術委員會主任、全國博士後管委會材料科學與工程專家組組長、中國航空學會材料工程分會副主任和無機非金屬及金屬基複合材料專業委員會副主任等職。

獲獎記錄

1989年獲國家級有突出貢獻中青年專家稱號

1993年被航空航天部評為優秀研究生導師

1996年獲光華科技基金一等獎

2001年獲“航空報國金獎”——航空最高獎

人物評價

曹春曉從青年時代起與鈦合金結緣，開始這個領域的研究生涯，彈指一揮間，四十多載歲月匆匆而過。如今，銳氣不減當年的他，正在致力於突破鈦合金耐高溫的限度。

人物軼事

良師益友

曹春曉精心培養年輕人，既注意傳授指導，又放手鍛鍊他們獨立解決問題的能力。他已先後培養了3名碩士、4名博士和2名博士後。經他培養的新一代，都非常感謝這位在學術上思想上都對他們有著極大幫助的良師益友。早在1993年他就被航空航天部評為優秀研究生導師。

“三勤”與“三善”

有人問曹春曉：“你認為事業成功必須具備哪些條件”？他列出了四個要素：天資、勤奮、機遇、修養。他解釋道：主要是勤奮和修養。勤奮包括三個方面：勤學習、勤實踐、勤思考。謂之“三勤”，缺一不可。曹春曉對此曾寫過一篇題為“三思而行，行而三思”的文章發表在《院士思維》一書中，此文於2000年又被收入《院士思維》選讀本中。文中有許多根據自己親身體驗作出的“三思而行才能擇善而為”，“行而三思才能脫穎出新”等充滿唯物辯證法的精闢論述。修養方面則要做到“三善”：善自控、善合群、善生活。曹春曉既是一種事業型的人，又有著廣泛的業餘愛好和豐富的精神生活。他愛好體育，是個桌球高手，曾獲該院單打冠軍。他喜愛音樂，好唱中外名歌，曾在院內外登台演出。偶有閒暇，他會和青年朋友下上兩盤圍棋，既能鍛鍊智力，又可增進友誼。養花種草是他百忙之中鬆弛神經的又一種休閒方式。曹春曉本人就是“三勤”、“三善”的一個很好的榜樣。這位大學時代就入黨的學者，集中了新中國培養出來的第一代知識分子的諸多優點：勤奮、刻苦、事業心強、責任感強、淡泊名利、報效祖國。他善於理性地思索人生，總結出一些寓意深刻的座右銘式的行為指南。如上面所說到的“三勤”、“三善”，“三思而行，行而三思”，等等。他還說過“辛而不苦，勞而有獲”，“自明、明人，自信、信人”等富有哲理的話。這些言簡意賅、意蘊深長的格言既是他處世經驗的提煉，也是指導他走向輝煌人生的路標。