SiC纤维增强钛合金基复合材料界面热稳定性研究

本文利用扫描电镜和能谱分析手段，对连续SiC纤维增强钛合金基复合材料的界面热稳定性和界面反应机制进行了分析和研究。

偏轴载荷下连续SiC纤维增强钛基复合材料的拉伸行为研究

连续SiC纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料是未来高性能动力装置的关键材料之一。针对SiCf/Ti复合材料中纤维与试样轴向载荷常存在一定偏轴角度的问题,通过室温拉伸、有限元模拟和断口表征研究了偏轴角度对SiCf/TC17复合材料力学性能和失效机理的影响。根据SiCf/TC17复合材料力学性能、断口形貌和应力分布可以定义一个临界偏轴角度,其数值约为1°。结果表明,随偏轴角度的增加,复合材料试样的抗拉强度下降,且当偏轴角度超过临界值时,抗拉强度下降速率增加。复合材料的失效机制与偏轴角度相关,当偏轴角度小于临界值时,试样断口由数个平坦的断面组成,纤维拔出和界面开裂程度都较低,纤维断面基本垂直于轴线,为典型的正应力断裂形貌;当偏轴角度大于临界值时,断口的起伏程度增加,纤维拔出和界面开裂现象都更加明显,部分纤维开始出现剪切断裂,表明拉剪耦合在断裂中起到重要作用。因此,对于SiCf/TC17复合材料轴向试样而言,应将纤维与试样整体的偏轴角度控制在临界值内,以获得有效的性能测试数据。

SiC纤维增强钛基复合材料界面强度研究进展

综述SiC纤维增强钛基复合材料界面强度的影响因素﹑微观实验测试技术以及数值模拟技术。在此基础上着重分析了微观实验测试技术与数值模拟技术存在的问题,指出了界面强度定量研究的发展方向。

SiC纤维增强钛基复合材料界面研究及构件研制

首先介绍了作者近年来在SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理、应力分布和界面调控方面的工作进展,然后介绍了作者在磁控溅射法和箔-纤维-箔法复合材料工艺及构件研制方面的研究工作。

SiC纤维增强钛基复合材料研究进展

概述了作者研究组近年来在SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展。采用具有自主知识产权的SiC纤维,研究了PVD先驱丝制备方法和真空热压/热等静压复合材料成形工艺,获得700℃拉伸强度>1500MPa的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料,分别制备出长度>400mm和直径>200mm的钛基复合材料棒材和环形件。此外,分别采用粉末布与粉浆涂挂先驱丝两种低成本方法制备出钛基复合材料,确定了新的胶粘剂并优化了相关工艺参数。

SiC纤维增强钛基复合材料的界面改性研究现状

针对SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应问题,综述了国内外涂层法界面改性的研究现状,主要包括各种单涂层法、双涂层或复合涂层法及其对复合材料界面和力学性能的影响,指出了其存在的问题或不足,并预测了今后的发展趋势。

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的超声检测试验研究

本文结合连续纤维增强钛基复合材料(TMCs)整体叶环的制备工艺和结构特点,重点分析了TMCs整体叶环内部质量的超声检测难点,并通过对特定尺寸TMCs整体叶环的超声检测试验及解剖对应分析,确定了纤维碎断、纤维束开裂、纤维屈曲、纤维挤出及焊缝处开裂(未焊合)等可能存在的主要缺陷类型及超声回波信号特征。试验结果表明,基于适当的超声检测工艺参数对TMCs整体叶环的内部质量进行检测,检测灵敏度可达Φ0.8 mm当量平底孔。

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向高温变形机理研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_f/Ti)成形的技术难题,利用沿垂直纤维方向基体具有大变形的能力,可以采用超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)成形出复合材料空心构件。在不同工艺参数条件下,测试了SiC_f/Ti复合材料的横向高温变形规律,并分析了变形温度、应变速率、纤维含量等工艺参数的影响规律,对不同参数条件下拉伸试件的微观组织和断口形貌进行了对比,分析了复合材料的高温变形机制。

SiC纤维增强钛基复合材料空心结构成形研究

采用箔材刻槽法制备连续纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)面板,通过分析不同复合工艺参数条件下的纤维/基体界面和基体微观组织,获得了优化的制备工艺:925℃/100 MPa/1 h.利用SiCf/Ti复合材料沿垂直纤维方向具有大变形的能力,将超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)与SiCf/Ti复合材料的复合技术相结合,经过热压复合、热成形、超塑成形3个工艺过程,制备了SiCf/Ti复合材料的空心结构,并对空心结构件进行了微观组织分析,验证了工艺的可行性.

钛合金Ti6Al4V表面纳米SiC增强Ni-Co基复合材料的制备工艺参数优化

以钛合金Ti6Al4V作为基体,采用电沉积技术制备了纳米SiC增强Ni-Co基复合材料。以复合材料中最高纳米SiC含量作为实验目标,通过极差分析对复合材料的制备工艺参数进行了优化,得到了最优工艺参数为:电流密度5 A/dm2、温度45℃、镀液中纳米SiC浓度10 g/L、pH 4.0。通过补充实验证实了最优工艺参数的正确性,结果表明:最优工艺参数下制备的复合材料表面质量良好,比较均匀地分布着微米级的孢状晶粒,其中纳米SiC含量约为3.18%。

SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料研究

研究了SiC增强Ti40阻燃钛合金基复合材料及两纤维间的析出物.结果表明,925℃固化压实SiC/Ti40复合材料的工艺是合适的;SiC/Ti40复合材料两纤维间因SiC表面的C与基体Ti的反应生成TiC析出物.

碳纤维复合材料/钛合金激光连接界面微织构调控工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与钛合金复合结构的高质量连接是实现飞机轻量化以及高强度制造的关键。采用激光高速旋转焊接技术进行CFRTP/钛合金复合结构的连接,通过在钛合金表面制备不同尺寸网格型微织构研究了界面状态对CFRTP/钛合金接头强度的影响规律。结果表明,钛合金表面微织构的制备可以显著提升接头强度,且不同线间距下的微织构对接头的强度有直接影响,线间距越小,接头强度越高;在CFRTP与钛合金微织构中间添加PA树脂层,有利于提高接头强度。

连续陶瓷SiC纤维增强钛基仿生叠层复合材料热加工工艺研究

以韧性金属Ti箔、连续陶瓷Si C纤维、金属间化合物Ti2AlNb箔为原材料,对箔-纤维-箔进行了单元堆叠,采用真空热压和陶瓷SiC纤维编织技术制备了不同热加工工艺参数下的连续陶瓷Si C纤维增强钛基仿生叠层复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对制备态复合材料微观组织形貌和各组元间界面元素分布进行了分析。结果表明,当热加工工艺参数为920℃/30 min/40 MPa时,复合材料各组元间实现理想冶金结合,陶瓷SiC纤维均匀等距分布于韧性金属Ti基体中,韧性金属Ti箔与金属间化合物Ti2AlNb箔通过元素扩散实现了理想冶金结合。

SiC纤维增强Ti基复合材料的制备及性能

用纤维涂层法制备了SCS -6SiC Ti -10 -2 -3复合材料 ,测定了所制备复合材料的拉伸性能 ,分析了影响复合材料力学性能的因素。研究表明 ,磁控溅射可获得与靶材化学成分基本一致的纤维涂层。复合材料中纤维分布的均匀性、涂层中的氧含量及纤维 基体处的元素扩散与界面反应对复合材料力学性能有较大影响。

C/Mo双涂层SiC纤维增强γ-TiAl基复合材料的显微组织及界面热稳定性（英文）

采用箔-纤维-箔法制备了C/Mo双涂层界面改性Si C纤维增强γ-TiAl基复合材料(SiC/C/Mo/γ-TiAl),并研究其界面改性效果。为了对比研究,在相同工艺下制备了SiC/C/γ-TiAl复合材料。对两种复合材料在800°C和900°C下进行了不同时间的真空热暴露处理,用以研究界面区域的热稳定性。采用扫描电子显微镜和能谱仪分析了复合材料界面的显微组织。结果表明,尽管增加了Mo涂层,但是SiC/C/Mo/γ-TiAl复合材料与SiC/C/γ-TiAl复合材料的界面反应产物相一致,均为介于涂层和基体之间的TiC/Ti2AlC。但是,在900°C及其以下温度,C/Mo双涂层比C单涂层能更好地阻碍界面反应。此外,900°C,200 h热暴露后,在Ti2AlC和基体之间发现了一层新的界面反应产物,该产物富V,与B2相的化学成分接近。

连续纤维增强钛基复合材料研究概况

重点介绍了连续纤维增强钛基复合材料的 3种复合方法 ,即箔材 -纤维 -箔材法、等离子喷射涂层法和物相沉积法。开发的强化纤维有 Si C纤维和 Al2 O3单晶纤维 ,并介绍了它们的研究进展。最后讨论了一些复合材料的性能特点和复合材料的损伤评价技术。

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强 Si C基复合材料的性能差异 ,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现 ,采用 Hi- Nicalon纤维增强的 Si C基复合材料具有较好的性能 ,单向复合材料弯曲强度达到 70 3.6 MPa,断裂韧性达到 2 3.1MPa· m1 /2 ;采用国产吉林碳纤维 (JC)制备的 Si C基复合材料也具有较好的性能 ,弯曲强度为 5 0 1.1MPa,断裂韧性为 13.8MPa· m1

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料弯曲力学性能及其评价

采用三点弯曲法,对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的弯曲力学性能进行了研究,提出了梯度复合材料抗弯强度比R1和R2两个新的力学性能评价指标。结果表明:金属基梯度复合材料(MMGC)的弯曲力学性能与其基本组分力学性能的关系不符合ROM法则,材料的抗弯强度和最大挠度强烈地受到SiC颗粒梯度分布方式与弯曲方向的影响;当基体处于受拉侧,高SiC含量组分处于受压侧时,MMGC能充分发挥其性能优势;MMGC在受梯度应力作用下的力学性能优势和其方向性特征受到材料状态、材料宏观不均匀性和微观连续性等因素的影响;MMGC的抗弯强度比R1反映了这类材料的性能优势,而抗弯强度比R2则反映了材料的方向性能特征。

SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理

本文应用相图和扩散通道理论分析了 SiC/Ti 复合材料界面反应的过程及界面区微观形貌,SiC 纤维的表面状态直接影响着 SiC/Ti 界面反应的扩散通道。在 SiC 纤维表面涂覆 TiC,或涂覆碳基涂层使 Ti_3SiC_2层优先形成,能有效地控制界面反应,保护SiC 纤维,界面区中反应产物层的排列顺序不一定与扩散通道所示的相顺序一一对应。