SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征.利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiC_f/Ti6Al4V界面和Ti6A14WCu界面的反应扩散特征.结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiC_f/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20 μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi_2、CuTi、Cu_4Ti_3和Cu_4Ti.     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf／Ti）容易发生界面反应，从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究，对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf／Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学，发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC，长期高温热处理使得界面反应加剧，TiC层加厚，当C涂层完全消耗后，界面反应层中除了TiC外，还出现了Ti3SiC2。研究表明，界面反应层的加厚受元素扩散控制，服从抛物线规律，求出的动力学参数Q为268．8kJ／mol，k为0．0057m/s1/2。     

SiC／Ti基复合材料界面反应的热力学研究

通过建立热力学可能反应模型，分别计算了SCS－6 SiC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－6 SiC/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,Ti5Si3和Ti3Si,Ti-Si相图中的其它二元硅化物不可能形成。     

SiC长纤维增强钛合金基复合材料的界面研究

研究了SiC/TC4和SiC／Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为。结果袭明，SiC／Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析出物，在1000℃处理后，TiC析出物消失；2种复合材料界面反应厚度随处理温度升高和时间延长而增大：SCS-6SiC／TC4和SiC／Ti40复合材料界面产物均为Ti5Si3。     

Ti在SiCf/Cu复合材料中用作界面改性剂的研究

利用箔-纤维-箔法制备了SiCf/Ti/Cu复合材料,用于模拟研究Ti在SiC纤维增强铜基复合材料中用作界面改性涂层时的作用及其界面反应情况.室温拉伸测试表明,该复合材料的轴向抗拉强度相对于基体Cu和Ti的提高了58%.采用SEM,EDS和XRD等方法研究了断口特征、SiCf/Ti界面和Ti/Cu界面反应产物.结果表明:SiC纤维与Ti的结合良好,Ti/Cu界面有多层反应产物,而Ti层与Cu层的脱粘多发生在不同反应层之间;SiC/Ti界面反应产物为TiC;Ti/Cu界面的反应产物主要为4层分布,分别为CuTi2、CuTi、Cu4Ti3和Cu4Ti.     

SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及组织性能

针对目前航空航天材料结构轻量化的要求,以连续SiC纤维、Ti箔和Ti_2AlNb箔为原材料,基于真空热压技术,采用Foil-Fiber-Foil法,通过优化制备工艺,获得SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电镜和能谱分析仪对制备的复合材料界面微观组织进行分析,通过密度测试和拉伸试验计算材料的比强度和比刚度。结果表明,在920℃、40 MPa下保温保压1 h,可获得理想的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料,SiC纤维排布均匀,Ti/Ti_2AlNb界面平直。其中,SiC/Ti界面为0. 8μm的TiC,而Ti/Ti2AlNb界面为α+β双相组织和富B2相,均形成良好的冶金结合,有利于载荷传递,保证材料性能。与Ti/Ti_2AlNb相比,制备的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料的比强度和比刚度分别提高了约16%和28%,实现了材料结构的轻量化。     

SiCf／Ti-6AI-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和x射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6AI-4V复合材料的界面反应，发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6AI-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC，而无C涂层的SiCf／Ti．6AI．4V的界面反应产物，从SiC纤维到Ti-6AI-4V基体，依次为细晶粒的TiC＋Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。     

SiC_f/TB8复合材料的制备及其界面反应动力学研究

以TB8、SiC纤维为原材料,采用箔-纤维-箔法结合热等静压致密化技术制备SiCf/TB8复合材料,观察分析其微观组织形貌和元素扩散规律,并对界面反应进行热力学和动力学分析。结果表明,采用箔-纤维-箔法结合/热等静压工艺制备SiCf/TB8复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。热等静压参数为800℃/120MPa/2h时,制备的SiCf/TB8基复合材料的界面反应产物为TiC和Ti5Si3,纤维分布均匀,基体TB8保持β相,基体变形能力较高,扩散连接效果良好,界面反应层生长动力学方程为δ=2.25×10-6exp(-315.22×103/RT)t1/2。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2.还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理.     

SCS—6 SiC／Ti2AlNb复合材料的界面反应及机理

运用量子化学计算理论，求出了有关化合物的热化学参数，并根据有关热力学模型，计算了金属间化合物Ti2AlNb中元素的活度，由此计算了SCS－6 SiC长纤维增强Ti2AlNb金属间化合物复合材料界面反应的Gibbs函数变值△rG,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Ti2AlNb中原子结合力较Ti3Al强，因而SCS－6 SiC/Ti2AlNb复合材料的界面反应较SCS－6 SiC/Ti3Al轻。反应初期形成晶粒非常细上的TiC,Ti5Si3,晶粒较大的TiC和Ti3Si是由于元素扩散和反应所形成。在对复合材料的热暴露中，这些反应产物均进一步长大，并由于反应Ti3Al C→Ti3AlC，在Ti2AlNb基体中形成一些三元反应产物Ti3AlC晶粒。     

搅拌法制备SiC颗粒增强铝基复合材料的研究现状与展望

从颗粒的浸润，凝固机制研究、界面性能和颗粒分布等方面总结了搅拌法制备SiC颗粒增强铝基复合材料的研究现状。时研究热点问题如颗粒与熔体的浸润性、颗粒的分布等问题进行了详细分析；提出了今后研究工作的重点。     

无压浸渗法制备SiC/Al复合材料的抗弯强度研究

通过无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,分析了颗粒大小、颗粒级配、淀粉含量等因素对复合材料抗弯强度的影响.结果表明:随着淀粉含量增加和SiC颗粒尺寸的减小,浸渗后形成的复合材料抗弯强度增大.通过颗粒级配方法制备的SiC/Al复合材料的抗弯强度比大颗粒的强度高,比小颗粒的低.     

Cf/SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,T300碳纤维和光威(GW)碳纤维为增强纤维,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)分别制备了Cf/SiC复合材料.在相同工艺条件下,所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平,两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364 MPa和437 MPa.采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况,并分析了复合材料的结构和性能差异.     

二维C／SiC复合材料的铆接显微结构与性能研究

将直径为2.5mm,3.4mm,4.5mm,6mm,8mm的2DC/SiC复合材料铆钉和尺寸为φ12.8mm×6.5mm带孔件进行紧配合装配,然后对其沉积SiC,沉积时间300h,最终实现铆接。采用扫描电镜(SEM)及拉伸试验来测试连接情况。结果表明:当铆钉直径小于4.5mm时发生铆钉断裂现象,接头为脆性破坏;当直径大于4.5mm时发生铆钉拔出现象,接头为韧性破坏。但是直径越大被连接复合材料的性能损失越大,因此最佳的铆钉尺寸应稍大于4.5mm。     

浸渗工艺对SiC/Al复合材料残余气孔率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC／Al复合材料，从浸渗动力学和工艺方法的角度探讨了浸渗保温时间和降温方式对复合材料的残余气孔率的影响。结果表明：随着保温时间的适当延长，能有效地降低复合材料的残余气孔率;连续降温优于分段降温，有利于降低SiC／Al复合材料的残余气孔率。     

近净成形制备SiCp/Al复合材料Ⅱ:SiC预成形坯自发熔渗Z101

以超细SiC粉(W7)为原料制备的SiC多孔骨架为先驱体,采用无压渗透工艺制备出致密、增强体分布均匀的SiC/Al复合材料.SiC-Al间存在厚度为0.3～0.5 μm的界面层,该界面层能很好地被铝液润湿,并阻止铝液与SiC的接触与反应.SiC坯体渗入铝合金后无形状和尺寸的变化,能够实现制品的近净成形.加入SiC后,铝合金的强度显著提高,弹性模量提高近1倍.细颗粒的SiC能更好地抑制铝基体的热膨胀.材料的热学性能可通过SiC的含量来调整,SiC体积分数介于37%至54%之间时,室温导热系数介于136 W/(m.K)至118 W/(m.K)之间,室温至100 ℃的平均线热膨胀系数介于9.98×10.6 K.1至7.69×10.6 K.1之间.     

利用束丝复合材料对PIP工艺制备2D-SiCf/SiC复合材料力学性能进行表征

为了找到一种能有效对陶瓷基复合材料先驱体浸渍裂解(PIP)工艺参数进行优化的方法,提出利用束丝复合材料对二维复合材料力学性能进行表征的方案.对5种PIP工艺条件制备的束丝以及二维SiCf/SiC复合材料在不同PIP工艺条件下力学性能变化规律进行了研究,并对采用束丝复合材料对二维复合材料力学性能表征的有效性进行了分析.研究表明,束丝复合材料和二维复合材料力学性能随PIP工艺的变化规律完全相同,这是因为两种复合材料界面、纤维损伤等特性基本相同.采用强度比对两种复合材料力学性能一致程度进行了表征,结果表明两者一致性较好,但随PIP工艺复杂程度的提高,两者一致性降低.利用束丝复合材料可以对二维复合材料力学性能进行较好的表征,可对二维等实体复合材料制备工艺进行初步优化,从而使材料工艺设计效率大为提高.     

纤维排布方式对KD-I/SiC复合材料性能的影响

采用国产KD-I型SiC纤维为增强体,通过先驱体转化工艺制备了SiC/SiC复合材料.研究了二维织物和针刺毡等纤维排布方式对复合材料显微结构和物理以及力学性能的影响.结果表明,与针刺毡增强SiC/SiC复合材料相比,2D SiC/SiC复合材料的纤维体积分数和密度较高、孔隙率低、所需制备时间短、成本低、面内性能好,但同时损失了Z向性能.在不同工况下应用的SiC/SiC复合材料应根据具体使用要求来选择纤维排布方式.     

碳界面层制备工艺对SiC_f/SiC材料力学性能的影响

用低压化学气相沉积(LPCVD)法,以丙烯(C_3H_6)为碳源,氮气(N_2)为稀释气制备了2.5维连续碳化硅纤维增韧碳化硅(SiC_f/SiC)复合材料的碳界面层,其厚度为～0.1 mm.研究了不同丙烯含量(体积分数,下同)(60%,50%,45%)对碳层形貌、微观结构及SiC_f/SiC力学性能的影响.结果表明:当C_3H_6含量为60%时,热解碳层表面光滑,石磨化度高;当C_3H_6为50%和45%时,碳层粗糙,有很多较大颗粒存在,石磨化度低.3种复合材料的弯曲强度差别不大,分别为303,311和320 MPa.然而,当C_3H_6含量为60%时,材料韧性断裂,断裂功高;为50%和45%时,材料脆性断裂,断裂功低.不同的纤维拔出滑移阻力是SiC_f/SiC断裂行为不同的原因.     

SiC纤维增强Ti600复合材料界面研究

通过纤维涂层法(MCF)、结合热等静压(HIP)工艺制备了SiCf/Ti600复合材料,经不同条件真空热暴露试验后,结合SEM、EDS、XRD等分析技术对界面反应动力学和反应产物相形成的反应序列进行初步研究.结果表明,反应元素C、Si、Ti等出现浓度起伏,合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层,而是在界面反应前沿堆积,其界面反应产物被确认为:TiC、Ti5Si3和Ti3SiC2,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Ko分别为266.46 kJ·mol-1.37x10-3m·s-1/3.