SiC_f/Ti-22Al-23Nb-2Ta合金复合材料的界面微结构

利用分析电子显微镜(AEM)研究了磁控溅射法+真空热压方法制备的SiC纤维增强Ti-22Al-23Nb-2Ta(原子分数,%)合金复合材料的界面微结构．该复合材料的纤维/合金界面由细晶粒的TiC+TiSi层、等轴晶TiC层和(Al,Ti)Nb_2相层组成．界面的形成主要是基体合金中的Ti元素与SiC纤维表面的C涂层直接反应生成TiC；同时导致在次层形成贫Ti层和贫Ti层中Nb元素富集,以致形成(Al,Ti)Nb_2相．

SiCf/Ti60复合材料预制体热等静压致密化过程数值模拟

采用有限元方法对SiCf/Ti60复合材料预制体的热等静压致密化过程进行了模拟研究,研究分析了预制体中先驱丝排布方式、SiC纤维的体积分数和热等静压工艺参数对复合材料预制体致密化行为的影响。结果表明,SiCf/Ti60复合材料预制体在热等静压致密化过程中呈现出4个阶段特征;先驱丝堆垛排布方式对预制体的致密化行为有一定的影响,但在致密化的最后阶段,四方和六方排布方式下的致密度趋于相同;增大SiC纤维的体积分数可使热等静压前期的致密度略有增加,但使热等静压后期的致密度略有减小;增大升温速率可较显著缩短预制体完全致密化的时间,而提高升压速率仅少量增加预制体的致密度。

连续碳化硅纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料的制备技术及界面特性研究综述

连续碳化硅纤维(SiCf)由于具有比强度、比模量高,耐磨性、热稳定性好等性能优点,常作为增强体制备SiC纤维增强钛基复合材料。与钛合金基体相比,其具有密度更低、强度更高、疲劳蠕变性能大幅提升等优点,但横向性能却明显下降。因此,该类材料常被设计制作成单向增强性部件,广泛应用在航空航天等领域,如发动机的传动轴、整体叶环、盘类及风扇叶片等多种复合材料的结构件。碳化硅纤维增强钛基复合材料的性能主要由碳化硅纤维的性能、基体性能及纤维与基体之间的结合界面性能决定。目前批量生产的SiC纤维性能较差,界面结合状态与复合材料性能之间关系的研究开展较少,还不能为钛基复合材料构件设计提供足够的数据支持。因此,近年来研究者们主要从SiCf/Ti基复合材料力学行为的研究角度出发,探究不同基体及纤维类型、复合材料制备工艺方法、界面特性及产物对SiCf/Ti基复合材料界面结合力及破坏机制的影响,获得了大量有价值的数据,以期开发出成本低、产物稳定性好、可批量生产SiCf/Ti基复合材料的制造工艺方法。目前较为成熟的碳化硅纤维有英国DERA-Sigma公司提供的Sigma系列SiCf及美国Textron公司提供的SCS系列SiCf,后者强度最高达到6 200 MPa。SiCf/Ti基复合材料的制备工艺包括金属箔-纤维-金属箔工艺(FFF)、单层带工艺(MT)、基体-涂层纤维工艺(MCT)等,制备复合材料的工艺根据零部件的用途来定,FFF适用于制备板材等大尺寸构件,MCT适用于制备叶环、轴、管、叶片等复杂结构件。界面是增强体与基体之间的纽带和桥梁,界面结构设计、界面反应控制及反应产物均影响着界面的力学特性。在SiCf/Ti基复合材料的纤维和基体之间添加过渡层能够减缓它们之间的相互扩散及化学反应,过渡层选用反应层和惰性涂层组成的双层涂层较好。界面反应产物受涂层成分、基体组织、复合和热处理工艺、环境因素等的影响,增强纤维及基体性能、优选制备工艺、控制界面反应及产物有利于提高复合材料的力学性能。本文总结了连续SiC纤维(SiCf)增强钛基复合材料的应用研究现状,详述了SiCf/Ti基复合材料的钛合金基体材料、SiCf的种类及性能,SiCf与SiCf/Ti基复合材料的制备方法,分析了SiCf/Ti基复合材料界面结构设计及反应产物,阐明了界面力学特性与复合材料性能的关系,指出国内SiCf/Ti基复合材料发展的重点应放在高性能SiC纤维的研究与开发、界面层设计及界面与性能的关系以及复合材料分析检测手段三个方面,为SiCf/Ti基复合材料的制备及其今后的实际应用提供了参考。

(W,Ti)C/石墨/镍基合金复合涂层摩擦磨损性能研究

为了获得既具有自润滑减摩特性又有高耐磨性能的金属摩擦构件表面,提高高接触应力下金属摩擦副的使用寿命和可靠性,运用等离子喷涂技术在45#钢表面制备了(W,Ti)C/石墨/镍基合金复合涂层。研究了室温干摩擦条件下复合涂层的摩擦磨损性能,并用SEM和EDX对磨损表面进行了测试分析。结果表明:复合涂层与Si3N4和GCr15对摩时,摩擦系数分别较纯镍基合金涂层降低了35%和38%,耐磨性分别是后者的3倍和3.5倍;与Si3N4对摩时,复合涂层的磨损机理主要是微观切削、疲劳剥落和硬质相脱落。与GCr15对摩时,其磨损机理主要为粘着磨损、多次塑变磨损和层脱剥离。

SiC_f/Ti复合材料的研制

概述了国外碳化硅连续纤维增强钛基复合材料的研制、性能及应用情况 ,并对箔压法制备 Si Cf/Ti复合材料的工艺及材料性能进行了研究。结果表明 ,本研究采用 FFF法制作的 Si Cf/Ti复合板材性能达到国外同类材料水平。此外 ,本研究还对 Si Cf/Ti复合材料各主要制作工艺进行了分析比较 ,认为真空等离子喷涂工艺是较有前途的。

SiC纤维增强Ti55复合材料的界面研究(英文)

利用纤维涂层法(FMC)、结合热压工艺制备了SiC纤维增强Ti55基复合材料(SiCf/Ti55)。主要研究复合材料在经不同条件真空热暴露处理后,其反应产物相形成的反应序列以及界面反应动力学。结果表明,仅C、Si和Ti等元素参与了界面反应。在1000°C热暴露时,SiCf/Ti55复合材料界面反应产物序列为SiC|Ti3SiC2|Ti5Si3+TiC|TiC|Ti55。但是,在低温热暴露的复合材料中不存在Ti3SiC2相。SiCf/Ti55复合材料界面反应产物的生长受扩散控制且遵循抛物线生长规律,其生长激活能Qk及指数系数k0分别为198.16kJ·mol-1,1.79×10-3m·s-1/2。相比SiCf/Ti复合材料和SiCf/Ti2AlNb复合材料,SiCf/Ti55复合材料拥有一个高稳定性的界面。然而,相比SiCf/Ti600复合材料和SCS-6SiCf/superа2复合材料,SiCf/Ti55复合材料中的纤维与基体更容易发生反应,且界面层更容易生长。

SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比>12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Ti3Al基合金中钒、铬、锰、铁、铜、镍和锆的含量

Ti3Al基合金是一种能在600℃~700℃之间使用的轻质结构材料,特别是通过添加铌等元素使合金的室温塑性和韧性有了较大的提高[1-2]。Ti3Al基合金的主要应用方向为低压涡轮导叶内环和高压压气机机匣等,这些合金的板材有可能在高超声速飞行器上使用,并用作碳化硅纤维增强复合材料的基体材料。通过优化合金成分设计、添加各种主量和微量元素合金化并控制合金中的杂质含量,可使Ti3Al基合金的性能大幅提高,

SiC_(f)/TC17复合材料制备方法对界面反应层 生长动力学的影响

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_(f)/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能,是新一代装备研制备受关注的轻质高温结构材料。SiC_(f)/Ti复合材料可采用箔压法(FFF)和基体涂层法(MCF)进行制备,为对比两种工艺方法对其界面反应生长的影响,采用FFF和MCF分别制备SiCf/TC17复合材料。对两种工艺制备的SiC_(f)/TC17复合材料在高温下(800~900℃)进行热暴露处理,通过扫描电镜对其微观结构及界面反应层厚度进行分析,获得界面反应层在高温下的生长速率,并进一步获得不同制备工艺状态下材料的界面反应动力学参数。结果表明:相同温度下MCF法制备的SiC_(f)/TC17复合材料界面反应速率大于FFF法制备的复合材料,前者的反应速率因子k0为4.942×10^(−3) m/s^(1/2),反应激活能Q为276.3 kJ/mol,后者的界面反应速率因子k0为8.149×10^(−3) m/s^(1/2),反应激活能Q为291.7 kJ/mol。这是由于MCF法制备的钛合金基体具有更微小的相组织,具有较小的反应激活能,在高温下具有更高的元素扩散速率。

非光滑Al基复合材料制备及耐磨性研究

采用放电等离子烧结技术（SPS）制备Si C短纤维（Si Cf）和Ti3Si C2双相强化Al基复合材料,研究了增强相Si Cf含量和烧结温度对复合材料的光滑面和非光滑面摩擦性能的影响。研究表明：烧结温度为400~550℃,复合材料的非光滑表面摩擦因数明显低于光滑表面,耐磨性能显著优于光滑表面;当摩擦载荷为49 N,含1%Si Cf、5%Ti3Si C2的双相强化Al基复合材料,其非光滑表面比光滑表面的摩擦因数低15%,磨损量降低60%;含5%Si Cf、5%Ti3Si C2的复合材料,其非光滑表面的磨损量比光滑表面降低75%。

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf／Ti）具有良好的综合性能，但其横向性能低于钛合金基体。为了准确地预测SiCf／Ti复合材料的横向强度，北京航空制造工程研究所赵冰等人提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf／Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维／基体界面脱粘强度，并分析了热处理时间对界面脱粘强度影响规律，以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。

航空发动机用新型高温钛合金研究进展

TiAl和SiCf/Ti复合材料将是新一代高推重比航空发动机用的两种关键结构材料。国外已完成材料研制、应用研究与零部件试验考核等大量研究工作,将很快在下一代新型航空发动机上获得应用。我国目前在TiAl合金工程化应用研究、典型零件研制与考核试验等方面与国外尚存在较大差距。而SiCf/Ti复合材料刚刚进入应用研究阶段,SiCf/Ti复合材料零件设计与制造经验欠缺。

Cu/Mo双涂层改性SiC_f/Ti6Al4V复合材料的界面与性能

采用箔-纤维-箔(FFF)法分别制备无涂层、C涂层和Cu/Mo双涂层改性的SiCf/Ti6Al4V复合材料,对制备态复合材料的力学性能和界面微观组织进行对比分析,进一步研究不同真空热暴露处理对Cu/Mo双涂层改性复合材料的界面微区的影响规律。结果表明,制备态下Cu/Mo涂层比C涂层较好地改善了复合材料的界面组织和性能,且对基体和纤维中元素扩散均具有一定的阻挡作用;求得900℃下SiCf/Cu/Mo/Ti6Al4V界面反应的生长动力学公式为H=1.380t1/2+5.397。

SiC纤维增强TiAl基复合材料残余应力的调控

武器装备的轻量化设计以及更苛刻的高温服役要求,对材料提出了更高的要求。连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能,成为了备受关注的轻质高温结构材料。但受局限于SiCf/TiAl复合材料的工艺特点,在成型过程中不可避免的会引入热残余应力而引起材料内部缺陷,对材料的力学性能带来不利影响。研究表明,SiCf/TiAl基体中具有较高的残余张应力,是SiCf/TiAl复合材料基体缺陷产生的主要原因。当SiC纤维体积分数(V_(f))为40.54%时,TiAl基体中最大残余张应力为1083.7 MPa(高于TiAl室温断裂强度)。为了调控SiCf/TiAl复合材料内部残余应力,采用有限元分析法计算了不同位置引入不同厚度的钛合金涂层,获得涂层的位置、厚度以及钛合金种类对SiCf/TiAl复合材料热残余应力的影响,从而获得SiCf/TiAl复合材料的残余应力的优化方案。对于SiC纤维V_(f)为40.54%的SiCf/TiAl复合材料而言,采用引入5μm(内)/1μm(外)涂层时,相比原始SiCf/TiAl复合材料,TiAl基体中最大残余张应力可降低约10%(低于TiAl室温断裂强度),从而在一定程度上降低复合材料中基体开裂等缺陷产生的风险。