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曹春晓

个人简介

中国科学院院士、航空材料科学家。
1934年生,上虞人,1956年上海交通大学毕业,我国航空工业钛合金研 究和应用的创始人之一,“航空报国金奖”得主。1987年起历任北京航空材料研究院(621所)研究员、博士生导师,兼任中国航空学会材料工程分会副主席和院学位评定委员会副主任、南昌航空大学学术委员会主任、全国博士后管委会材料科学与工程专家组组长、中国航空学会材料工程分会副主任和无机非金属及金属基复合材料专业委员会副主任等职。
他长期从事航空材料研究,是我国航空工业钛合金研究和应用的创始人之一。
他不断开创新型钛合金和钛-铝系金属间化合物,并先后应用到飞机上,大幅度减轻了发动机结构重量,提高了飞机及发动机的关键性能,为我国空军装备的现代化作出了重要贡献。其中TC4合金叶片等重要零件的研制和试用成功为我国钛工业发展和在航空工业中应用奠定了基础,起到了开路先锋的作用,1978年获全国科学大会奖,显著减轻飞机及其发动机的结构重量;根据再结晶和相变相结合的原理,创立了高低温交替热变形技术,解决了长期以来存在于大型钛合金零件生产中的金相组织不均匀的关键问题;首先利用特定的相变模式优化钛合金的β转变组织形态和性能,创立BRCT热处理技术;利用形变--相变联合机制,创立钛合金急冷式β热变形强韧化技术;研究了钛合金的强化机制、阻燃机理、疲劳裂纹扩展特征及其它基础问题,并相应地取得了创造性成果。
其后,他又潜心研究使用温度可达500℃的高温钛合金TC11。他根据再结晶和相变相结合的原理,创立了高低温交替热变形技术,解决了长期以来存在于大型钛合金零件生产中的金相组织不均匀的关键问题,显著改善了大锻件组织性能的均匀性和稳定性,使TC11合金材料和模盘锻件的组织性能不仅达到国外同类产品水平,而且在一些关键指标上超过了它们,从而解决了两种新型航空发动机的急需,为两种新型歼击机首飞立下了汗马功劳。该成果获1987年度国家科技进步一等奖。
他首先利用特定的相变模式优化钛合金β转变组织形态和综合性能,创立了BRCT热处理技术,获1995年度国家发明三等奖。他利用形变-相变联合机制,创立钛合金急冷式β热变形强韧化技术,并成功地把我国独创的550℃高温钛合金应用于新型航空发动机,获1999年度国家科技进步二等奖。他还研究了钛合金的强化机制、阻燃理论、疲劳裂纹扩展特征等基础问题,并相应地取得创造性成果。
1997年当选为中国科学院技术科学学部院士。

基本信息

性别 出生日期 通讯地址
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专业研究

专业领域
研究方向 长期从事航空材料研究,是我国航空工业钛合金研究和应用的创始人之一。

荣誉成就

航空工业用钛开路先锋,钛是国际上20世纪50年代才开始走向工业化生产和应用的一种崭新的金属材料。曹春晓从参加工作的那一天起,就为开辟中国航空工业用钛的道路而不懈努力。1965年,他肩负课题负责人的重任,选择TC4钛合金为突破口,创造性地解决了各种技术难题。1966年,我国第一台装上钛合金叶片的航空发动机试车成功,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,他与其他科技人员继续努力,将TC4钛合金叶片和压气机盘扩大到五六种机型之中,取代原来笨重的钢叶片和钢盘,显著地减轻了发动机重量,提高了发动机的推重比。技术鉴定会为其作出了中肯的鉴定:“TC4合金产品的组织性能达到了国际及美国宇航材料标准,它的研究成功为我国钛工业的发展和在航空工业中的应用奠定了基础,起到了开路先锋的作用。”创交替热变形技术,一种新型航空发动机急需能耐500℃的热强钛合金TC11。曹春晓又率领航空部内外的同仁展开了攻坚战。钛合金大型模锻件及其坯料的金相组织很不均匀是长期未能解决的“老大难”问题。他反复思考和实践,根据钛合金热变形过程中再结晶和相变交叉进行的原理,产生了通过热变形温度的交替变换(高—低—高—低)获得细小均匀的新β晶粒的新思路,从而创立了高低温交替热变形技术。这一具有国际先进水平的新技术,显著改善了大锻件组织性能的均匀性和稳定性,使TCll合金材料和盘模锻件的组织性能不仅达到国外同类产品的水平,而且在一些关键指标上超过了它们。这一重大突破为空军装备更新换代做出了重要贡献,还为国家节省了原已批准用于进口的500万美元外汇和用于新建一条钛锻件生产线的621万元投资,仅航空部内锻造厂的产值在1980-1984年就增加了3000万元,并推动了航空钛锻件向国外的出口。该成果获1987年度国家科技进步一等奖,他是第一完成人。TCll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。首创BRCT热处理工艺,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、俄等国都投入大量人力财力,试图通过合金化途径研制出兼有高强度、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。曹春晓萌生一个念头:我们能否独辟蹊径,通过新的工艺途径达到兼有鱼与熊掌之目的呢?他创立了一种崭新的热处理工艺——BRCT工艺。这一工艺的主要特点是首次利用特定的相变模式优化了β转变组织形态。与传统的α+β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,降低疲劳裂纹扩展速率一个数量级,提高使用温度20℃左右。与一般的β热处理工艺相比,BRCT热处理工艺可获高得多的疲劳强度和拉伸塑性。这使TCll钛合金如虎添翼,变成了兼有“四高二低”(高温、高强、高韧、高刚性、低密度、低裂纹扩展速率)特性的钛合金。这一具有国际先进水平的BRCT热处理工艺,成功地应用于某新型歼击机的TCll钛合金伞舱梁。该成果获1995 年度国家发明三等奖(他是第一发明人)。含钕新型高温钛合金,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。于是曹春晓作为“550℃高温钛合金的应用研究”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,通过了部级鉴定。鉴定委员会认为:“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,形成了由TC4、TCll、Ti-55组成的航空发动机用主要钛合金系列”,“在率先应用含钕新型钛合金以及急冷式β模锻、三重式α+β热处理等关键技术方面具有创新性”。该项目于1998年获国家科技进步二等奖。Ti-Al系金属间化合物,始终关注科技前沿的曹春晓获悉国外有人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。他率领课题组创造性地采用了具有我国自己特色的熔炼、锻造和热处理工艺(其中新型均匀化熔炼技术已获国家发明专利,他是第一发明人),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。1990年底,他为此获国家科委和国家高技术新材料领域专家委员会授予的重要贡献奖状。“八五”期间,他为把这一高风险的“革命性”材料推向实用化作出新的努力。在大量性能数据的基础上,一台装有Ti3Al合金(TD2)零件的航空发动机首次试车成功,在整个金属间化合物领域中起到了示范带头作用。在1996年评审验收中被国防科工委和中国航空工业总公司专家组评为A级。部级鉴定意见中指出:“TD2合金工艺及性能稳定,拉伸强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性等关键性能优于美国同类合金(超α2合金),在均匀化熔铸工艺等实用化关键技术、性能系统研究以及Ti3Al基合金转子零件率先地面台架试车等方面居国际领先地位。”近年来,他与课题组同志一起,又研究成功一种综合性能更优的新一代Ti3Al合金(TD3),并在生产条件下研制出我国迄今为止最大的Ti3Al合金锻件(重70千克,外径770毫米),在2000年年底的验收中被国防科工委专家组评为A级。与此同时,他还在积极研究可在750-850℃下长期工作的TiAl合金,已取得重要进展,即将进入应用研究阶段。丰硕论著,曹春晓在学术理论上也颇有建树。先后发表论文百余篇,在国内外钛学术界颇有影响。