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.     

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。     

SiCf增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面反应

利用透射电子显微镜（TEM）对SiC纤维（SiCf)增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面区域进行了分析。结果表明，在材料的复合过程中，SiCf与γ－TiAl基体之间发生了化学反应，形成了TiC1-x,Ti5Si3和Ti2AlC等一系列产物，并对这些产物的形成机制进行了分析。在高温条件下，C，Si原子从纤维向基体扩散和Ti,Al,Mn等原子从基体向纤维扩散，发生了界面反应。     

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纤维增强Ti55复合材料的界面研究

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 ℃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198.16 kJ·mol-1,1.79(10-3 m·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-6 SiCf/ super а2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.     

热处理对SiC/Ti-6Al-4V复合材料力学性能的影响

测定了经过900℃不同时间热处理的SiC/Ti-6Al-4V复合材料的拉伸强度,并采用全局载荷分配模型计算了复合材料的强度。发现长时间热处理后,复合材料强度的计算值与实测值吻合很好,但该模型对未经热处理的制备态试样的预测值偏高。扫描电镜和透射电镜微观分析表明,随着热处理时间的延长,SiC/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应区增厚而SiC纤维的C涂层逐渐消耗,复合材料的界面结合强度逐渐增加但抗拉伸强度逐渐下降。界面反应形成的反应产物主要为TiC,在C涂层消耗完的区域还形成了Ti5Si3。界面反应是使复合材料力学性能变差的主要原因。     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径

通过SiC/Ti6Al4V钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验，利用SEM，EDS及XRD分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明：反应元素如C，Ti，Si在界面反应层中出现浓度波动，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Ti3SiC2，TiCx，Ti5Si3C，和Ti3Si；在界面反应初期，存在着TiC＋Ti5Si3Cx双相区，当形成各界面反应产物单相区时，SiC／Ti6Al4V复合材料界面反应扩散的完整路径应为：SiC ｜ Ti3SiC2 ｜ Ti5Si3Cx ｜ TiCx ｜ Ti3Si｜ Ti6Al4V＋TiCx；界面反应产物层的生长受扩散控制，遵循抛物线生长规律，其生长激活能Q^k及k0分别为290.935 kJ·mol^-1,2.49× 10^-2 m·s^-1/2.     

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。     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC。观察表明C涂层的厚度差别较大。     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面研究

研究了两种纤维增强钛基复合材料(SCS-6/Ti-6Al-4V和SCS-6/TA6V)的界面.实验结果表明,两种复合材料中SiC纤维与基体合金均结合得较好,界面反应层较薄,其厚度分别为0.8和0.6μm.界面反应层随热处理时间的延长、热处理温度的升高而增厚.EDX分析结果表明,界面相中只含有Al,V,Si和Ti元素.     

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。     

Interfacial reaction studies of B4C-coated and C-coated SiC fiber reinforced Ti–43Al–9V composites

The interfacial reactions of B₄C-coated and C-coated SiC fiber reinforced Ti–43Al–9V composites were investigated by scanning electron microscope and transmission electron microscope. The detailed microstructures as well as the chemical composition throughout the reaction zone were identified. For SiC_f/B₄C/TiAl composite, the reaction zone from B₄C coating to TiAl matrix is composed of 4 layers, namely, a carbon-rich layer, a mixed layer of TiB₂ + amorphous carbon, a TiC layer and a mixed layer of TiB + Ti₂AlC. For SiC_f/C/TiAl composite, the reaction zone from C coating to TiAl matrix is composed of 3 layers, namely, a fine-grained TiC layer, a coarse-grained TiC layer and a thick Ti₂AlC layer. For both kinds of composites, the reaction mechanisms of the interfacial reactions were analyzed, and the corresponding reaction kinetics were calculated. The activation energies of interfacial reaction in SiC_f/B₄C/TiAl composite and SiC_f/B₄C/TiAl composite are 308.1 kJ/mol and 230.7 kJ/mol, respectively.     

Calculation of activity coefficients for components in ternary Ti alloys and intermetallics as matrix of composites

Based on Kohler‘s ternary solution model and Miedema‘s model for calculating the formation heat of binary solution, the integral equation was established for calculating the activity coefficients in ternary alloys and intermetallics. The activity coefficients for components in alloy Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V and intermetallics TiAI, Ti3Al and Ti2 AlNb were calculated with the equations. The calculated data coincide well with the experimental ones found in literatures. According to the calculated activity coefficients and activities, it can be predicted that the interracial reaction in SiC/Ti3Al composite is more severe than that in composites SiC/Ti2 AINb and SiC/TiAl.     

Study on SCS-6/Ti-6AI-4V Composite

Fiber reinforced titanium matrix composite is considered as a superior material for advanced lightweight aerospace application. Fiber/matrix interfacial reaction has a significant effect on the mechanical properties of the composites. The SCS-6 SiC fiber reinforced Ti-6Al-4V matrix composite was prepared by foil-fiber-foil (FFF) method at ONERA, France. Stripe samples were cut from the as-consolidated composites and sealed in silicon carbide tube. One group of the samples were annealed for 58h at 550℃, 700℃, 850℃ and 1000℃, the other group were annealed at 1000℃for 43h, 58h, 80h, 100h, respectively. The interface investigation indicated that the connection between SiC fiber and the matrix is favorite in the composite. And the interface width for as-consolidated composite is only about 0.8μm. The interface width increase with the prolong of annealing time and the increase of annealing temperature. But the increment for the latter is not as high as the former one, which means the annealing time may be the prior factor to influence the interface reaction. The interface width for the composite annealed at 1000℃ for 100h is about 20μm. Interface composition of the composite detected by EDX is as follows: Ti 87.58 wt %, V 4.91 wt %, Al 4.06wt%, Si 3.45 wt %.     

SiCf/Ti-60热稳定性研究

本文对采用磁控溅射先驱丝法制备的SiC_f/Ti-60复合材料进行不同温度下长时间热暴露实验,分析了热等静压态和热暴露态复合材料界面区结构稳定性及元素扩散规律。研究结果表明,界面反应层主要产物为TiC,纤维中C、Si元素和基体中Ti及其它合金元素进行互扩散;C元素扩散速率较快,在界面处和基体内形成TiC,基体中的TiC主要集中分布在α相晶界处。SiC_f/Ti-60复合材料反应层长大受扩散控制并遵循抛物线定律,界面反应层长大指数因子为2.27×10_-4 m/s_1/2,界面反应层长大激活能为118 kJ/mol。