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    “鈦的大家庭包括三個主要成員(三鈦)：常規(guī)鈦合金、鈦鋁金屬間化合物和鈦基復合材料。常規(guī)鈦合金已繁花盛開，鈦鋁金屬間化合物初露春色，鈦基復合材料則含苞欲放。從應用的角度和成熟度的角度來看，尚處于‘常鈦’一枝獨秀的狀態(tài)，但人們從‘初露春色’和‘含苞欲放’中獲得了足夠的信心：三鈦爭艷的時代即將到來。”中國科學院院士曹春曉在前不久舉行的2015航空材料與制造工藝上海國際論壇上如此表示。

    在美國，鈦的最大應用始終屬于航空，第二大用戶是核電。在地球的另一端，經過60年的發(fā)展，特別是21世紀以來的突飛猛進，中國成為全球最大的鈦生產與消費大國。目前，在中國，化工是鈦的最大用戶，電力位居第二，航空位居第三。

    “這三大用戶必將形成‘三雄爭鈦’的局面，未來的變數不小。”曹春曉這樣推斷未來中國鈦的行業(yè)布局方向。

    常規(guī)鈦合金“繁花盛開”

    眾所周知，航空發(fā)動機性能的提高很大程度上是通過采用新結構、新材料和新工藝來實現的。中國工程院院士劉大響指出，現代先進航空發(fā)動機性能、可靠性和推重比的提高，材料和制造技術的貢獻率約占50%至60%。

    鈦合金的密度比鋼小得多，而強度又和鋼很接近，可以大大減輕飛機及其發(fā)動機的重量。曹春曉透露，我國一些航空發(fā)動機中鈦合金用量在不斷提高并日益趨近于國外先進水平，而這一用量在新型商用渦扇發(fā)動機則預計可達23%左右。

    據悉，波音787機體鈦合金用量達15%，創(chuàng)下民用客機機體鈦合金用量最高記錄。這一記錄有望被俄羅斯正在研制的新一代150座級的客機MS-21打破。MS-21機體鈦合金用量高達25%，計劃于2016年首飛。我國一些飛機機體結構中的鈦合金用量也在不斷提高。我國新支線飛機ARJ21的鈦合金用量為4.8%，干線客機C919的鈦合金用量為9.3%，和波音777相比略高，波音777為7%至8%。

    鈦鋁金屬間化合物“初露春色”

    上世紀80年代中期至90年代中期世界掀起了金屬間化合物的研究熱潮。經過上世紀90年代到本世紀的大量研究，金屬間化合物研究的國際熱潮逐漸轉入理性階段，并基本上聚焦于鈦鋁合金。

    美國GE公司率先在GEnx發(fā)動機上應用了鈦鋁合金。每級低壓渦輪減輕結構重量45.5千克。按照每架波音787客機用兩臺GEnx發(fā)動機，每臺發(fā)動機選用兩級鈦鋁合金渦輪葉片或者每架波音747-8飛機用四臺GEnx發(fā)動機，每臺發(fā)動機選用一級鈦鋁合金渦輪葉片計算，每架波音787或者747-8均減輕結構重量約182千克。

    CFM國際公司研制生產的LEAP系列新型發(fā)動機的渦輪葉片也選用了鈦鋁合金。曹春曉指出，這是鈦鋁合金首次用于單通道商用飛機，可提高發(fā)動機性能和節(jié)省15%的燃油消耗。萬眾矚目的國產大飛機C919也已選用LEAP為其動力裝置。

    鈦基復合材料“含苞欲放”

    鈦基復合材料(TMCs，可簡單分為非連續(xù)顆粒增強鈦基復合材料和連續(xù)性纖維增強鈦基復合材料兩大類)以其高的比強度、比剛度和抗高溫特性而成為超高音速宇航飛行器和下一代先進航空發(fā)動機的候選材料。

    鈦基復合材料研究始于上世紀70年代、80年代中期，美國航天飛機(NASP)和整體高性能渦輪發(fā)動機技術(IHPTET)以及歐洲、日本同類發(fā)展計劃的實施，給TMCs材料發(fā)展提供了較好的機遇和巨大的資金保障。

    曹春曉告訴《大飛機報》記者：現在人們普遍擔憂鈦基復合材料太貴(每千克2萬美元)而影響其推廣應用之時，傳來了一個好消息。荷蘭皇家空軍近期在F-16上完成了裝有鈦基復合材料主起落架下部后撐桿的驗證飛機。

    荷蘭SP宇航公司稱，這是第一架采用鈦基復合材料起落架的飛機。原來300M鋼后撐桿的重量為7.7千克，SP公司認為改用鈦基復合材料后可使其重量降至4.2千克，即減重45%。鈦基復合材料技術的費用約為300M鋼的3倍，每千克減重需花費4650美元，距離戰(zhàn)斗機設計所能認可的指標并不遠。

    曹春曉笑著說道：“至少人們不再說‘性能喜人，價格嚇人’之類的話了。”