热压工艺对SiC纤维增强TB8复合材料组织影响研究

通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料,采用光学电子显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)对复合材料的微观组织进行表征与分析,研究了真空热压复合时压力、温度和时间工艺参数对SiC纤维增强TB8复合材料微观组织的影响规律。结果表明:压力对复合材料基体与基体以及纤维与基体的结合有着显著影响,而温度对纤维与基体界面反应层影响较大。通过热压工艺的优化,可以有效控制界面反应层厚度,获得组织优良的SiC f/TB8复合材料。     

SiC纤维增强TB8复合材料工艺对组织影响规律

通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料，采用光学电子显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和电子探针（EPMA）对复合材料的微观组织进行表征与分析，研究了真空热压复合时压力、温度和时间等工艺参数对SiC纤维增强TB8复合材料微观组织的影响规律。结果表明：压力显著地影响着复合材料基体与基体以及纤维与基体的结合，而温度对纤维基体界面反应情况影响较大。通过热压工艺的优化，可以有效控制界面反应层厚度，获得组织优良的SiCf/ TB8复合材料。     

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,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,并分析了热处理工艺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。复合材料横向拉伸试件采用箔-纤维-箔方法制备,每个试件的纤维层数为10层,纤维百分数为30%左右。在不同温度条件下测试复合材料的横向拉伸强度,拉伸温度分别为室温、300,400,550℃,通过对比实验结果和模型预测结果,模型预测的结果与实验结果的误差不超过5%。     

中科院金属所SiC纤维增强钛基复合材料环件完成考核验证

<正>据中国科学院金属研究所网站7月12日报道,钛合金部复合材料课题组研制的全尺寸SiC纤维增强钛基复合材料环件已在浙江大学进行了地面强度验证试验,试验结果符合设计预期。这是国内首次对大型SiC纤维增强钛基复合材料环件的考核验证,试验积累的第一手数据对优化结构设计和提升制造水平具有重要意义。此次考核验证工作的完成,标志着SiC纤维增强钛基复合材料环件的研制已经从基础性     

短Cf增强SiC基复合材料及制备压力和Cf含量对其性能的影响

采用先驱体浸渍裂解(PIP)法、联合液相硅漫渍(LSI)工艺和纤维干磨分散技术制备了纤维随机分布的、其体积分数ψ(Cf)分别为5%、10%和15%的短纤维增强SiC基复合材料,并研究了模压压力及纤维体积分数对该复合材料力学性能的影响.结果表明纤维增强SiC基复合材料的力学性能随其模压压力变化有所改变,最佳模压压力为20 MPa;随短纤维体积分数ψ(Cf)在一定范围内增加,复合材料的性能有所上升,当ψ(Cf)为15%时,该复合材料的断裂韧性、弯曲强度、弹性模量和显微硬度(HV25)分别为4.42 MPa·m1/2、170.1 MPa、149.6GPa和5191.     

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-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.     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

不连续增强钛基复合材料的研究进展

不连续增强相能有效改善钛基体的力学性能，提高钛基体的耐磨性、高温强度和抗氧化性，拓宽了钛合金的应用领域。陶瓷增强相具有硬度高、耐磨性好、热稳定、成本低廉等优点，成为不连续增强钛基复合材料的首选增强相，其中使用最为广泛的是TiC颗粒和TiB纤维。纳米碳材料因具有高弹性模量以及高抗拉强度等优异性能，可有效改善复合材料的强度、塑性，被用来制备高比强度的钛基复合材料，近年来成为最具潜力增强体材料。本文从增强体材料的选择出发，归纳总结了近十年不连续增强钛基复合材料的研究进展，综述了不同增强体材料对钛基体组织与力学性能的影响以及强化机理，提出进一步的研究方向，为提高钛基复合材料的整体性能和扩大其应用范围提供一定的依据。     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti－Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料的强韧化     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti—Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料     

原位自生钛基复合材料的研究进展

原位自生钛基复合材料以其高比强度和高比模量引起了人们的广泛关注,尤其是如何提高其高温性能成为近年来钛基复合材料研究的热点.该文详细综述了原位自生钛基复合材料的各种制备方法、增强体与钛基体的选择、各种增强体的反应体系以及原位自生钛基复合材料的组织结构与力学性能,指出了原位自生钛基复合材料今后的发展方向.     

SiC/Ti_3Al复合材料原位合成及其界面反应动力学研究

利用TC4,Al廉价材料,通过磁控溅射物理气相沉积技术制备SiC先驱丝,利用热等静压工艺,在温度1423 K,压力170 MPa条件下进行复合,反应时间为1 h,通过原位反应生成Ti3Al基体,从而制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察SiC纤维增强Ti3Al基复合材料基体与界面的微观组织形貌及界面元素分布,利用透射电镜(TEM)分析复合材料基体的物相结构,并对SiC纤维增强Ti3Al基复合材料的界面反应进行动力学分析。结果表明,利用TC4,Al制备的SiC先驱丝,通过原位反应可生成Ti3Al基体,属于六方晶系,组织为等轴晶,晶粒尺寸约为1μm。通过磁控溅射和热等静压工艺制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。根据SiC纤维增强Ti3Al基复合材料界面反应层生长动力学分析,得到界面反应层生长动力学方程:δ=2.73×10-6exp(-257.09×103/RT)t1/2,可准确预测连续碳化硅纤维增强Ti3Al基复合材料在制备和使用过程中界面反应层的生长规律,为其应用提供理论依据。     

微波烧结原位合成(Ti_5Si_3+TiC)/TC4复合材料组织性能研究

通过Ti-SiC反应体系,选择粒径为45μm的基体TC4,5μm的增强相SiC(质量分数为5%和10%),经过低能球磨混粉后,微波烧结原位合成颗粒增强钛基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对制备的钛基复合材料进行组织结构分析,并对钛基复合材料的致密度、显微硬度、压缩强度、抗拉强度、耐磨性和抗氧化性进行测试研究。结果表明,钛基复合材料主要由增强相TiC,Ti_5Si_3及基体Ti_3种物相组成。TiC呈颗粒状,有明显的棱角,而Ti_5Si_3呈熔融状颗粒,但是颗粒没有明显的棱角,增强相呈准连续网状分布,随着SiC含量的增加,网状结构不清晰,部分增强相团聚在一起。复合材料的相对密度、显微硬度和压缩强度随SiC含量的增加而增加,分别达到98.76%,HV729和2058MPa,但是复合材料的室温拉伸强度随SiC含量增加而降低。引入增强相后,复合材料的抗氧化性和耐磨性均高于基体,且耐磨性和抗氧化性随SiC含量增加而增加,其室温磨损机制主要为粘着磨损。     

高温钛合金及钛基复合材料增材制造技术研究现状

高温钛合金及钛基复合材料因具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能,近几年来受到了广泛的关注。钛基复合材料的力学性能往往与增强相组织有关,增材制造技术的快速凝固可以使颗粒增强钛基复合材料中晶粒细化,力学性能得到提升。本文综述了高温钛合金及钛基复合材料的研究进展,分析了增强相组织对材料力学性能的影响,总结了增材制造技术制备钛基梯度功能材料的应用。通过增材制造技术制备钛基复合材料不仅可以提高复合材料的硬度和强度,还可以提高复合材料的延展性,采用增材制造技术制备高性能钛基复合材料将会成为未来的发展趋势。     

低成本Ti／SiC纤维复合材料及其零件的生产探讨

即使在600℃～800℃时，以SiC连续单纤维增强的钛基复合材料仍具有卓越的强度、韧性、刚度和蠕变抗力，被英、美、法及中国看成下一代航空发动机部件的理想材料．然而，过高的生产成本和不期望的显微结构成为目前制约其迅速工业化应用的瓶颈，在材料的成本中，基材和加工费用占到50％以上，过去10年中，已对Ti／SiC金属基复合材料（简称MMC）进行了广泛研究，但对所涉及制造技术的比较研究几乎是空白．1MMCs制造技术分类按MMCs的预成型方式可以把MMCs制造技术分为以下3种：①FFF（箔-纤维-箔）法；②MCM（基体-涂覆-单带）法；③M…     

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。     

粉末冶金颗粒增强钛基复合材料研究进展

颗粒增强钛基复合材料具有优异的力学性能，粉末冶金技术在制备颗粒增强钛基复合材料上有很大优势。本文从钛合金基材、颗粒增强相选择及制备工艺与性能等方面综述了粉末冶金颗粒增强钛基复合材料的研究进展，指出提高密度、降低成本是粉末冶金颗粒增强钛基复合材料的发展方向。     

钛/钢层合板轧制复合研究进展与展望

钛/钢层合板兼具钛的耐腐蚀性与钢的良好强度和塑性,广泛应用于海洋工程装备、水电站、核电站、核潜艇等领域。为进一步推动对钛/钢层合板的深入研究,促进钛/钢层合板的发展,对近年钛/钢层合板制备方法进行分析。分析发现轧制法作为一种经济、环保的制备方法,将会成为制备钛/钢层合板的主流工艺,因此重点讨论轧制钛/钢工艺参数、界面组织特征、界面结合机理与化合物形成机制。分析制备温度、轧制工艺、化合物种类、退火工艺等因素对钛/钢层合板力学性能的影响,发现变形不协调、温度与脆性化合物始终是影响层合板界面强度提升的重要因素。通过添加中间层可以在一定程度上改善界面成分并提高界面结合强度,而温度过高会导致严重的界面缺陷。因此,钛/钢层合板未来的研究方向与发展前景是通过轧制法制备波纹界面层合板以及将辅助能场引入层合板轧制领域。     

化学气相渗透法制备2.5D浅交弯联SiC_f/SiC复合材料的结构与力学性能

采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)方法,在具有2.5D浅交弯联结构的SiC纤维管状编织体上预沉积SiC-PyC-SiC多层界面(PyC即Pydrolytic carbon,热解碳),再利用CH_3SiCl_3-H_2-Ar体系对其进行化学气相渗透SiC增密,制备管状SiC_f/SiC复合材料,研究SiC_f/SiC复合材料的物相组成、微观结构、轴向压缩、径向压溃以及环向拉伸等力学性能及其断口形貌。结果表明:SiC_f/SiC复合材料主要由SiC纤维、SiC-PyC-SiC复合界面以及SiC基体组成。SiC-PyC-SiC复合界面中,PyC界面厚度为400~500 nm,SiC界面厚度为700~800 nm,SiC基体主要为β-SiC相。SiC_f/SiC复合材料的密度为2.50~2.58 g/cm~3,开孔率为7.70%~9.10%,轴向抗压强度为53.2 MPa,径向压溃强度为38.18 MPa。轴向压缩时表现为与水平方向成45°方向的剪切破坏,径向压溃时表现为形成4个塑性铰后发生分瓣破坏,断口处明显观察到纤维拔出现象,但拔出不长,表现出"假塑性"特征。SiC_f/SiC复合材料的环向抗拉强度为12.8 MPa,其断口相对较平整,纤维拔出不明显,表现为脆性破坏。     

制备工艺对碳纤维增强碳化硅基复合材料结构和力学性能的影响

以化学气相沉积碳为界面层,聚碳硅烷为先驱体,经过10个周期的浸渍-裂解制备了三维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(3D-Cf/SiC)。考察了碳涂层高温预处理和陶瓷先驱体第一个周期1600℃裂解对复合材料结构与性能的影响。结果表明:碳涂层高温预处理有助于复合材料密度的提高,弱化了复合材料的界面结合,从而显著提高了复合材料的力学性能,复合材料弯曲强度达到571 MPa,剪切强度51 MPa,断裂韧性18 MPa.m1/2。