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SiC纤维增强钛基复合材料研究进展

钛工业进展

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-6A1-4V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.

关键词: Ti基复合材料 , SiC纤维 , 界面 , 力学性能

SiC/Ti基复合材料界面反应的热力学研究

朱艳 , 杨延清 , 马志军 , 陈彦

稀有金属材料与工程

通过建立热力学可能反应模型,分别计算了SCS-6SiC长纤维增强Ti3Al和TiAl金属间化合物基复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG,并用△rG判据推测了界面反应产物并与透射电镜实验结果进行了对比分析.研究表明,由于TiAl中原子结合力较强,因而SCS-6SiC/TiAl复合材料的界面反应较轻.所研究的2种复合材料界面反应的二元反应产物为TiC,i5Si3和Ti3Si,i-Si相图中的其它二元硅化物不可能形成.

关键词: Ti基复合材料 , SiC纤维 , 界面反应 , 热力学 , 透射电镜

Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10合金等温退火过程中的相变研究

蒋文娟 , 李伏 , 檀朝桂 , 林建国

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2006.03.008

通过水冷铜模吸铸法制备出了Ti60 Cu14 Ni12Sn4 Nb10复相合金.对合金在不同温度下等温退火过程中的相转变及显微结构演化进行了研究.结果表明,该合金的显微组织主要由β-Ti枝晶相、纳米晶化相和少量非晶相组成.在450℃退火时,合金中有ω-Ti和面心立方结构的Ti形成;而在550℃退火时ω-Ti消失,同时由于非晶相发生了晶化,基体中有TiNi相析出,该晶化相在高于715℃时,转变为稳定的Ti2Ni相;当温度达到795℃时,合金中的β-Ti枝晶相转化为α-Ti.

关键词: Ti基复合材料 , 退火 , 晶化 , 相转变 , 显微组织

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应扩散系数和微观扩散机理

吕祥鸿 , 杨延清 , 马志军 , 罗贤 , 黄斌 , 陈彦

稀有金属材料与工程

采用三元体系半无限扩散偶的高斯方法,求解了SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应层中相关元素的扩散系数,计算的浓度分布和实测值一致.碳原子通过反应层的扩散服从间隙扩散机制,硅原子的扩散为空位扩散机制.由于碳扩散的振动能最低并且跃迁距离最短,而供硅扩散的空位不足,碳和硅在反应产物TiCx中具有最小的内禀扩散系数,分别为8.9403×10-16和4.7747×10-16 m2·s-1.研究表明,在SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应的过程中,反应元素通过反应层TiCx的扩散是一个主要的控制步骤.

关键词: Ti基复合材料 , SiC纤维 , 界面反应 , 扩散系数 , 微观机理

原位自生成TiC/Ti基复合材料的高温氧化

张小农 , 李超 , 李小璀 , 何利舰

稀有金属材料与工程

利用热重分析(TGA)测量了原位生成的TiC/Ti-6Al复合材料在600,700和800℃下经连续20 h的氧化增重特性,利用SEM, EDS和XRD研究了复合材料经氧化试验后表面氧化层的结构,相组成及成分.结果表明,原位生成的Ti基复合材料在高温氧化时遵循抛物线规律在800℃时的氧化增重量远大于600℃和700℃时的,计算获得该复合材料的氧化激活能为255.7 kJ/mol.研究发现经20 h的600℃或700℃氧化形成的氧化物呈现不连续的岛屿状,主要成分为金红石型的TiO2,而在800℃氧化20 h后,氧化物是均匀连续的致密膜,由TiO2,Al2O3组成.该复合材料的氧化首先发生在TiC颗粒的表面上,而不是象均质Ti材料一样氧化在整个表面上均匀地发生.

关键词: Ti基复合材料 , 氧化 , TiC , 原位自生

纤维排布方式对SiC/Ti材料残余应力影响的有限元分析

娄菊红 , 杨延清 , 罗贤 , 陈彦 , 冯广海 , 李茂华

稀有金属材料与工程

采用三维有限元法模拟SiC/Ti-6A1-4V复合材料界面的残余应力分布,分析纤维排列方式对纤维一侧界面残余应力的影响.结果表明,纤维排列方式对纤维一侧界面径向、轴向和周向残余应力均有较大影响,其中纤维六方排列时纤维一侧界面残余应力沿纤维周向分布均匀,且周向残余应力小,不易在界面形成径向裂纹,是较为理想的纤维排列方式.

关键词: 有限元法 , Ti基复合材料 , 纤维排列方式 , 残余应力

SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散研究进展

吕祥鸿 , 杨延清 , 马志军 , 陈彦

稀有金属材料与工程

介绍了目前研究Ti基复合材料界面反应扩散模型、界面反应的动力学和热力学、界面反应扩散控制机理,以及障碍涂层对界面反应扩散的影响.指出SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散的研究重点和发展方向.

关键词: SiC纤维 , Ti基复合材料 , 界面 , 反应扩散

Ti-Al-B合金空心管状初生TiB的生长机制

张虎 , 高文理 , 张二林 , 金云学 , 曾松岩

复合材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-3851.2001.04.011

采用原位自生法制备了Ti-17Al-1.5B复合材料,并用XRD、SEM对复合材料的相组成和微观组织进行了研究.结果表明:该合金由Ti3Al和TiB两相组成.初生TiB多呈较粗长的空心管状,共晶TiB呈短纤维状.根据晶体生长的固-液界面稳定性理论分析认为:TiB的B27晶体结构和晶体生长过程中的棱边效应导致初生TiB容易生长成空心管状.这是因为,在初生TiB晶体的[010]方向的固-液界面生长至一临界尺寸以后,晶面中心处因扩散受阻(热扩散和溶质扩散)而存在非常大的扩散过冷使晶面中心的台阶停止生长,这时TiB优先在棱边处长大;另外,TiB[010]方向生长速度非常快.二者的共同作用使初生TiB易于长成与[010]方向一致的空心管状.而共晶TiB则由于径向尺寸很小(呈纤维状),不易于长成空心管状.

关键词: Ti基复合材料 , Ti-Al-B合金 , TiB , 晶体生长 , 生长机制

SiCf/Ti基复合材料基体织构的EBSD研究

黄斌 , 杨延清 , 陈艳霞 , 陈彦

稀有金属材料与工程

利用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了箔-纤维-箔法和纤维涂层法这两种制备方法对SiCf/Ti复合材料基体织构的影响.结果表明,箔-纤维-箔法制备的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料中基体钛合金的不同区域有不同的织构类型.纤维涂层法制备的SiCf/Superα2复合材料基体中的织构为纤维织构,这正符合复合材料各向异性的特征,为复合材料获得较好的力学性能提供了可能.

关键词: Ti基复合材料 , 织构 , 电子背散射衍射(EBSD)

原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的显微组织

陈丽芳 , 刘咏 , 汤慧萍 , 刘海彦 , 黄愿平

稀有金属材料与工程

采用粉末冶金方法,通过Ti与Cr3C2反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段对其相组成和显微组织进行了研究.结果表明:通过Ti与Cr3C2反应能够原位生成TiC颗粒,生成的TiC颗粒呈多角状,粒度在几十纳米到50 μm范围内;Cr3C2中的Cr固溶在Ti基体中,使基体由α+β两相合金转变成为亚稳态β型钛合金.

关键词: TiC , Ti基复合材料 , 显微组织

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