热压复合制备Ti-Al3Ti层状复合材料组织结构研究

采用热压复合工艺在不同工艺参数下制备了Ti-Al3Ti层状复合材料,利用SEM和EDS对材料的组织结构进行了观察,研究了热压复合工艺参数对Ti/Al扩散反应及反应层微观组织结构的影响规律.结果表明,在不同工艺参数下,Ti/Al叠层热压复合反应的初生相均为Al3Ti.600℃时Ti/Al叠层只发生少许反应,在界面处生成一薄层Al3Ti,650和700℃时,Al层完全反应,各层界面处结合状态良好,层间结合紧密.650℃时Al3Ti为唯一生成相,但700℃时,由于反应动力学的影响Al3Ti/Ti层之间有TiAl层生成,Ti-Al系金属间化合物的生成顺序为Al3Ti→TiAl.反应过程中液相的存在能够使Ti、Al持续紧密接触,加快反应速度,促进反应顺利进行.     

Ti/Ti-Al微叠层复合材料的微观组织与性能研究

采用大功率电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了厚度为0.12mm的大尺寸Ti/Ti-Al叠层状复合材料.利用XRD和SEM对材料的组成相和微观结构进行了分析,对致密化处理前后的试样进行了不同温度下的静拉伸试验研究.实验结果表明:材料由Ti,α2-Ti3Al和γ-TiAl相组成,具有明显的层状结构,晶粒平均尺寸为100～300nm.相对于TiAl单体材料,微叠层材料的韧性有了较大提高,经致密化处理后的试样在层间界面对裂纹的钝化作用下,具有较高的拉伸强度,并表现出良好的延迟断裂特性.     

Ti-Al层状复合材料相界面扩散反应层的电子结构

采用热压扩散焊接法制备Ti-Al层状复合材料,在不同的焊接温度条件下进行热压扩散焊接,利用SEM、EDS、XRD以及基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理模拟计算等分析测试手段研究了Ti-Al扩散偶的扩散反应层的反应产物以及电子结构特征。结果表明: 当焊接温度≥560 ℃时,Ti-Al扩散偶相界面扩散反应层的反应产物主要是以金属间化合物Al₃Ti为主,反应产物Al₃Ti的总态密度(TDOS)的赝能隙为2.8 eV,相邻的Al原子和Ti原子的局域态密度(PDOS)的赝能隙也为2.8 eV,金属间化合物Al₃Ti中所含的共价键较少,而金属键较多。因此,Al₃Ti表现出更多的金属特性,具有较好的导电性,为Ti-Al层状复合材料作为一种新型电极材料奠定了基础。     

热压反应烧结法制备Al_2O_3/Ti_2AlC复合材料及其微观结构和性能

以Ti、Al和活性炭粉为原料,通过高能球磨及热压反应烧结法在1200℃合成Al2O3/Ti2AlC复合材料,即是在Ti2AlC层状材料的制备过程中同时被合成。研究了烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了材料微观结构和性能的关系。结果表明:高能球磨使Ti2AlC的烧结温度降低,热压烧结在1200℃时得到了物相比较均匀、致密的Al2O3/Ti2AlC复合材料;同时分析材料微观结构,少量Al2O3的引入抑制了Ti2A1C晶体的异常长大,使得晶粒细小且均匀。力学性能测试表明,该材料室温抗弯强度可达275.4MPa,断裂韧度可达10.5MPa.m1/2,密度为4.2g/cm3。     

原位合成Al3Ti增强轻金属基复合材料的研究现状

综述了原位合成Al3Ti/Al和Al3Ti/Mg基复合材料的研究现状。重点介绍了原位合成Al3Ti的反应体系、复合材料的制备方法及微观组织特点,指出了原位合成Al3Ti/Al和Al3Ti/Mg基复合材料在目前研究中所存在的主要问题及今后的研究方向。     

原位合成Al3Ti增强轻金属基复合材料的研究现状

综述了原位合成Al3Ti／Al和Al3Ti／Mg基复合材料的研究现状。重点介绍了原位合成Al3Ti的反应体系、复合材料的制备方法及微观组织特点，指出了原位合成Al3Ti／Al和Al3Ti／Mg基复合材料在目前研究中所存在的主要问题及今后的研究方向。     

Ti_2AlC/Al_2O_3复合材料的原位合成及其力学性能

以Ti、TiC、Al和TiO2为原料,通过原位热压反应烧结法在1 350℃合成Ti2AlC/Al2O3复合材料。利用XRD详细研究了其反应过程,并分析了Al2O3对材料微观结构和性能的影响。结果表明,该体系在热压过程中的反应分多步进行,主要包括Ti粉与Al粉反应生成Ti-Al金属间化合物,TiO2与Al反应生成Al2O3以及Ti-Al金属间化合物与TiC反应生成Ti2AlC材料。原位反应生成的Al2O3均匀分布在Ti2AlC晶界上,抑制了Ti2A1C晶体的异常生长,从而使基体相Ti2AlC晶粒细小、均匀。力学性能测试表明Ti2AlC/12%(质量分数)Al2O3复合材料的硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性较Ti2AlC单相材料分别提高了66%,126%,130%和19.3%,并分析了其改性机理。     

Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料，一是原位-热压法，即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的；一是分步法，即制备过程分两步进行，首先制备出Ti3SiC2高纯粉，再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上，断裂功达到1200-1560J／m^2，相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外，不同的制备方法得到不同的组成和显微结构，决定了这两种Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料性能的差异：前者强度较高韧性较低，后者强度较低而韧性较高。     

放电等离子烧结制备Ti/C叠层材料及其力学性能

以Ti和C的片状材料为原料, 利用放电等离子烧结(SPS)技术烧结制备了具有层状结构特征的Ti/C叠层复合材料, 研究了不同烧结温度下的叠层材料的组织形貌和室温力学性能。研究结果表明: 随烧结温度的升高, 反应层的厚度增大, 烧结温度达到1500℃时, 反应层的厚度可达到32.6 μm, 进一步提高烧结温度, 将会使Ti发生熔化现象, 无法得到Ti/C叠层复合材料。当烧结温度达到1500℃和1510℃, 层状复合材料的抗弯强度和断裂功分别达到最大值1571.51 MPa和215.09×10³ J/m²。Ti/C叠层复合材料的裂纹扩展路径主要有裂纹偏转、 裂纹并行扩展和裂纹尖端的分叉钝化, 这些扩展路径是叠层材料增韧的主要机制。     

大尺寸TiAl/Ti_3Al微叠层薄板制备与热稳定性研究

采用大功率电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了厚度为0.1-10 mm大尺寸薄板TiAl/Ti3Al叠层状复合材料。利用XRD和SEM对材料的组成相和微观结构进行了分析。实验结果表明:材料由α2-Ti3Al和γ-TiAl相组成,具有明显的层状结构,TiAl晶粒平均尺寸为1-2μm。通过真空热处理的方法考察了微叠层材料的在不同温度下保温3 h后的结构演变,并研究了微叠层材料层状结构的退化机理。     

金属间化合物基叠层复合材料研究进展

金属间化合物基叠层复合材料是受自然界中贝壳结构的启发而设计的一种新型高温结构材料.概述了几种不同体系的金属间化合物基叠层复合材料的国内外研究现状,发现大多数的金属间化合物基叠层复合材料是以金属间化合物作为基体,以金属作为夹层来改善金属间化合物的脆性问题的.此外还对其制备工艺进行了归纳和评述,并对这类新型叠层复合材料的许多不足和发展趋势提出了初步的想法.     

Ti/Al2O3复合材料性能研究

本文利用放电等离子烧结技术制备了致密的Ti/Al2O3复合材料.实验结果表明,60vol%Al2O3和80vol%Al2O3的Ti/Al2O3复合材料,界面处生成少量的TiAl,使得Ti与Al2O3间的界面能大于其单个晶粒的界面能,复合材料性能随Ti含量的增加而增大;40vol%Al2O3和20vol%Al2O3的Ti/Al2O3复合材料,界面处生成脆性的Ti3Al相,使得Ti与Al2O3间的界面能小于各自晶粒的界面能,材料的性能随Ti含量的增加而降低,同时断裂的模式也发生改变,由穿晶断裂为主转变为沿晶断裂,脆性的Ti3Al相是Ti/Al2O3复合材料力学性能降低的主要原因.     

轧制三金属复合材料研究进展

三金属层状复合材料兼具了各金属组元的优势,能够满足多种复杂服役环境的应用需求,是现代科学技术进步的必然产物.将最为常见的轧制制备的三金属层状复合材料根据具体制备手段和最终实验效果的差异,分为了采用新型累积叠轧技术制备的类双金属颗粒增强金属基复合材料,以及利用常规轧制减薄技术制备的三金属层状复合材料.分别综述了这两大类目前主要的组合类型及其涉及的研究内容,可看出众多研究均是在最为原始的二元Al/Cu和Al/Mg复合基础上新加第三金属展开的.指出了三金属复合材料的开发是未来金属层状复合材料领域的重要研究方向,以及后续有待进一步解决的难点.最后,对三金属层状复合材料的发展前景和主要发展方向进行了展望.     

Fabrication of (TiB/Ti)-TiAl composites with a controlled laminated architecture and enhanced mechanical properties

The(TiB/Ti)-TiAl composites with a laminated structure composing of alternating TiB/Ti composite layers,α₂-Ti₃Al interfacial reaction layers of andγ-TiAl layers were successfully pre pared by spark plasma sintering of alternately stacked Tib₂/Ti powder layers and TiAl powder layers.And the influence of thickness ratio of Tib₂/Ti powder layers to TiAl powder layers on microstructure evolution and mechanical properties of the re sulting(TiB/Ti)-TiAl laminated composites were investigated systemically.The results showed that the thickening ofα₂-Ti₃Al layers which originated from the reaction of Ti and TiAl was significantly hindered by introducing Tib₂particles into starting Ti powders.As the thickness ratio of Tib₂/Ti powder layers to TiAl powder layers increased,the bending fracture strength and fracture toughness at room temperature of the final(TiB/Ti)-TiAl laminated composites were remarkably improved,especially for the(TiB/Ti)-TiAl composites prepared by Tib₂/Ti powder layers with thickness of 800μm and TiAl powder layers with thickness of 400μm,whose fracture toughness and bending strength were up to 51.2 MPa·m^1/2and 1456 MPa,respectively,293%and 108%higher than that of the monolithic TiAl alloys in the present work.This was attributed to the addition of high-performance network TiB/Ti composite layers.Moreover,it was noteworthy that the ultimate tensile strength at 700℃of(TiB/Ti)-TiAl composites fabricated by 400μm thick Tib₂/Ti powder layers and 400μm thick TiAl powder layers was as high as that at 550℃of network TiB/Ti composites.This means the service temperature of(TiB/Ti)-TiAl laminated composites was likely raised by 150℃,meanwhile a good combination of high strength and high toughness at ambient tempe rature could be maintained.Finally,the fracture mechanism of(TiB/Ti)-TiAl laminated composites was proposed.     

EB-PVD工艺制备Ti/Ti-Al微层板的力学性能与增韧机制研究

为满足金属热防护系统面板材料的轻量化要求,以Ti-Al金属间化合物作为基体,以Ti作为增韧层,利用电子束物理气相沉积技术和双靶沉积方法,制备了Ti/Ti-Al微层板,并利用热压法对材料进行了致密化处理。采用纳米压痕法和常温拉伸试验对材料的力学性能进行了表征,根据断口形貌和结构特征,分析了材料的增韧机制。结果表明:添加金属韧化层使TiAl基合金的室温力学性能有所提高,微层板中的裂纹多次沿着层间界面或层中拐折,表现出良好的断裂延迟特性,其增韧机制则为韧化层的存在导致裂纹发生偏转、微桥接等使裂纹扩展阻力增加。     

纤维增强Ti-Al金属间化合物基复合材料的发展

综述了纤维增强Ti-Al金属间化合物基复合材料的研究进展.介绍了Ti-Al金属间化合物基体的结构和性能、增强体纤维的运用、界面相容性对复合材料机械性能的影响、界面反应的动力学和热力学研究、以及目前Ti-Al金属间化合物基复合材料的最新制备技术.指出了今后纤维增强Ti-Al金属间化合物基复合材料的研究重点和发展方向.     

石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺、组织与性能研究进展

石墨烯因独特的二维结构与优异的力学性能成为铝基复合材料的理想增强体。随着铝基复合材料制备技术的日益成熟,石墨烯增强铝基复合材料在结构材料的广泛应用已成为研究的热点。综述了石墨烯增强铝基复合材料制备工艺的最新研究进展,重点讨论了石墨烯有效分散的方法,石墨烯铝基复合材料的组织与界面结构。研究表明,石墨烯能够显著提高复合材料的力学性能,细化基体晶粒。通过合理控制复合材料的制备工艺参数不但能够有效解决石墨烯的团聚问题,而且能避免石墨烯与基体之间界面的不利反应。最后提出了石墨烯增强铝基复合材料研究目前面临的挑战以及解决思路。     

叠层复合材料电磁场效应数值模拟

为了解决现有数值模拟方法不能计算叠层复合材料分层吸收率、分层反射率及多角度反射率的问题,借助可以表征能量流动方向和大小的Poynting矢量,按研究项目要求建立了由碳纤维、石墨颗粒和聚苯乙烯树脂组成的叠层复合材料微结构有限元模型,通过程序设计结合有限元数值模拟的方法实现了电磁场效应的计算。结果表明,所设计的叠层复合材料在宽频范围内具有稳定的电磁场效应。在工作频率2～18GHz范围内,该结构吸收率高达50%以上,而垂直反射率只有10%左右。斜反射率随反射角度增大而减小。迎波第一层的吸收率和反射率均大于第二层。数值模拟结果满足研究项目要求。研究方法对任意叠层材料微结构均具有适用性。     

添加物对Al2O3-TiC/Ti（C,N）系陶瓷复合材料组织和性能的影响

Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料具有广阔的应用前景,但综合性能还有待进一步改善。分析讨论了TiC/Ti(C,N)主要成分含量对组织性能的影响,综述了Cr2O3、Y2O3、ZrO2等化合物添加物和Fe、Al、Co、Ni、Mo等金属添加物对Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料中组织和性能影响的研究结果,并比较分析了其各自的特点。