“钛的大家庭包括三个主要成员(三钛)：常规钛合金、钛铝金属间化合物和钛基复合材料。常规钛合金已繁花盛开，钛铝金属间化合物初露春色，钛基复合材料则含苞欲放。从应用的角度和成熟度的角度来看，尚处于‘常钛’一枝独秀的状态，但人们从‘初露春色’和‘含苞欲放’中获得了足够的信心：三钛争艳的时代即将到来。”中国科学院院士曹春晓在前不久举行的2015航空材料与制造工艺上海国际论坛上如此表示。

    在美国，钛的最大应用始终属于航空，第二大用户是核电。在地球的另一端，经过60年的发展，特别是21世纪以来的突飞猛进，中国成为全球最大的钛生产与消费大国。目前，在中国，化工是钛的最大用户，电力位居第二，航空位居第三。

    “这三大用户必将形成‘三雄争钛’的局面，未来的变数不小。”曹春晓这样推断未来中国钛的行业布局方向。

    常规钛合金“繁花盛开”

    众所周知，航空发动机性能的提高很大程度上是通过采用新结构、新材料和新工艺来实现的。中国工程院院士刘大响指出，现代先进航空发动机性能、可靠性和推重比的提高，材料和制造技术的贡献率约占50%至60%。

    钛合金的密度比钢小得多，而强度又和钢很接近，可以大大减轻飞机及其发动机的重量。曹春晓透露，我国一些航空发动机中钛合金用量在不断提高并日益趋近于国外先进水平，而这一用量在新型商用涡扇发动机则预计可达23%左右。

    据悉，波音787机体钛合金用量达15%，创下民用客机机体钛合金用量最高记录。这一记录有望被俄罗斯正在研制的新一代150座级的客机MS-21打破。MS-21机体钛合金用量高达25%，计划于2016年首飞。我国一些飞机机体结构中的钛合金用量也在不断提高。我国新支线飞机ARJ21的钛合金用量为4.8%，干线客机C919的钛合金用量为9.3%，和波音777相比略高，波音777为7%至8%。

    钛铝金属间化合物“初露春色”

    上世纪80年代中期至90年代中期世界掀起了金属间化合物的研究热潮。经过上世纪90年代到本世纪的大量研究，金属间化合物研究的国际热潮逐渐转入理性阶段，并基本上聚焦于钛铝合金。

    美国GE公司率先在GEnx发动机上应用了钛铝合金。每级低压涡轮减轻结构重量45.5千克。按照每架波音787客机用两台GEnx发动机，每台发动机选用两级钛铝合金涡轮叶片或者每架波音747-8飞机用四台GEnx发动机，每台发动机选用一级钛铝合金涡轮叶片计算，每架波音787或者747-8均减轻结构重量约182千克。

    CFM国际公司研制生产的LEAP系列新型发动机的涡轮叶片也选用了钛铝合金。曹春晓指出，这是钛铝合金首次用于单通道商用飞机，可提高发动机性能和节省15%的燃油消耗。万众瞩目的国产大飞机C919也已选用LEAP为其动力装置。

    钛基复合材料“含苞欲放”

    钛基复合材料(TMCs，可简单分为非连续颗粒增强钛基复合材料和连续性纤维增强钛基复合材料两大类)以其高的比强度、比刚度和抗高温特性而成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料。

    钛基复合材料研究始于上世纪70年代、80年代中期，美国航天飞机(NASP)和整体高性能涡轮发动机技术(IHPTET)以及欧洲、日本同类发展计划的实施，给TMCs材料发展提供了较好的机遇和巨大的资金保障。

    曹春晓告诉《大飞机报》记者：现在人们普遍担忧钛基复合材料太贵(每千克2万美元)而影响其推广应用之时，传来了一个好消息。荷兰皇家空军近期在F-16上完成了装有钛基复合材料主起落架下部后撑杆的验证飞机。

    荷兰SP宇航公司称，这是第一架采用钛基复合材料起落架的飞机。原来300M钢后撑杆的重量为7.7千克，SP公司认为改用钛基复合材料后可使其重量降至4.2千克，即减重45%。钛基复合材料技术的费用约为300M钢的3倍，每千克减重需花费4650美元，距离战斗机设计所能认可的指标并不远。

    曹春晓笑着说道：“至少人们不再说‘性能喜人，价格吓人’之类的话了。”