SiC纤维增强钛基复合材料界面强度研究进展

综述SiC纤维增强钛基复合材料界面强度的影响因素、微观实验测试技术以及数值模拟技术。在此基础上着重分析了微观实验测试技术与数值模拟技术存在的问题，指出了界面强度定量研究的发展方向。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应速率、反应产物进行了研究.采用基体-纤维涂覆法和热等静压工艺,制备了连续W芯SiC纤维增强TC17复合材料.对复合材料进行不同温度、不同时间热暴露,通过SEM、TEM、EDS,表征分析了界面反应层厚度、界面处化学成分及界面反应产物类型.结果表明:C涂层能有效保护SiC纤维;界面反应层处的主要元素为Ti和C;制备状态试样的界面反应产物为TiC1-x,靠近C涂层的TiC1-x晶粒较细小,靠近基体TiC1-x晶粒较粗大;高温热暴露使界面反应加剧,反应层厚度增加,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数为频率因子k0=1.33×10-3m·s-1/2,反应激活能Q=243.22 kJ·mol-1.     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

采用真空热压工艺制备了界面结合良好的SiC纤维增强钛基复合材料,并对其界面和SiC纤维进行了透射电镜分析.结果表明,针状β-SiC晶粒沿纤维径向生长,呈辐射状分布;在复合材料的热压制备过程中,Si和C由SiC纤维向钛基体扩散,Ti则向SiC纤维扩散,形成了TiC和Ti5Si3等产物.     

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.     

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.     

SCS-6 SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

SCS-6 SiC纤维增强Super α2钛基复合材料界面反应较严重,其反应产物分布可达6层之多;SCS-6 SiC/Ti2AlNb及SCS-6 SiC/IMI834复合材料仅形成3-4层界面反应产物SCS-6 SiC/IMI834复合材料在界面处形成的S2硅化物可在一定温度下阻止反应的进一步进行,使复合材料具有很好的热稳定性.对界面反应热力学研究表明,Ti3Al+C→Ti3AlC反应导致了界面反应产物Ti3AlC的形成.     

SiC连续纤维增强钛基复合材料研究

采用SCS－6 SiC连续纤维和箔－纤维－箔法制备SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料，研究复合材料的微观组织结构，结果表明：采用925℃的固化工艺制备长纤维SiC/TC4 和SiC/Ti40复合材料是合适的；SiC/TC4和SiC/Ti40复合材料的界面反应层厚度分别为0．8μm和0．6μm，基体与纤维的界面结合良好，在SiC/Ti40复合材料两纤维间区域存在TiC析出物。     

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。     

SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散研究进展

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。     

SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料研究

研究了SiC增强Ti40阻燃钛合金基复合材料及两纤维间的析出物.结果表明,925℃固化压实SiC/Ti40复合材料的工艺是合适的;SiC/Ti40复合材料两纤维间因SiC表面的C与基体Ti的反应生成TiC析出物.     

SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料的界面行为

研究了SiC／Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为。结果表明，SiC／Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析出物，在1000℃处理时，TiC析出物消失；SiC／Ti40复合材料界面反应厚度与处理时间的平方根呈线性关系，温度超过800℃，界面厚度明显增加；SCS-6SiC／Ti40复合材料界面产物为Ti5Si3。     

SiC纤维增强钛基复合材料的横向力学性能

采用十字形试样测试分析有C涂层和无C涂层两种SiC纤维增强钛基复合材料的横向力学性能,以横向载荷作用下应力-应变曲线上的非线性拐点计算界面的强度.结果表明,有C涂层的界面横向开裂强度为53 MPa,低于无C涂层的界面开裂强度196 MPa,并且前者在横向载荷作用下沿C涂层与纤维之间开裂,而后者沿反应生成物与基体间开裂;体积分数为30%的多根纤维钛基复合材料的非线性拐点应力低于单根纤维复合材料,这主要是由于残余应力的减少引起,界面强度并没有明显变化.     

连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的分析方法如：X射线衍射和中子衍射方法、剥层法、基片弯曲法以及选择基体腐蚀法等，以及热残余应力对复合材料力学性能的影响。就热残余应力的影响因素总结了人们在降低复合材料热残余应力方面所作的各种努力，在此基础上指出了当前研究存在的缺陷和今后的发展方向。     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应长大动力学分析

对SiC/TA1复合材料进行了800℃不同时间的真空热暴露,测量了SiC纤维与钛基体之间的界面反应区大小,并研究了界面反应区大小和热暴露时间的关系.确定了界面反应区长大遵循抛物线规律x=kt1/2,表明其长大是受扩散控制的.     

SiC长纤维强化钛基复合材料环形件的制造新工艺

长纤维强化钛基复合材料 ( TMC)作为比强度、比刚度性能极优的耐热材料 ,有希望在航空航天得到应用。特别是圆周方向强化的高比强度 TMC可制作转动环件 ,能大幅度减重。日本学者河野亮等人用缠绕喷射击法制做了 TMC环件并对其进行了评价。试验基材为 SP-70 0 ,强化纤维为 Si C。在外径 94 mm,高 80 mm的 SUS30 4型芯表面缠绕直径为 0 . 1 4 mm、间距为 0 . 3mm的 Si C纤维 ,用低压等离子喷射将基材 SP- 70 0沉积到型芯上。喷射完成后磨削基体表面以消除表面不平。此工序反复进行 5次 ,制成预成形件。将预成形件放入不锈钢盒内真空封…     

高温下钛基复合材料的界面研究

为优化金属基复合材料的损伤抗力，须研究其纤维/基体界面性能及其影响因素。这些因素大多与加工过程(包括压实温度、压力及冷却速率)和试验温度、试验环境和加载频率有关。可用界面分离强度d、摩擦剪切应力s、能量释放速率或Ⅱ型界面开裂的断裂韧性Gic等参数来描述界面特性。箔-纤维-箔法制备的钛基复合材料在900℃压实冷却过程中，因SiC纤维(5×10-6/℃)的热膨胀系数与钛合金基体(11×10-6/℃)的有差异，因而界面的法线和径向方向必存在残余压应力，其大小取决于压实温度和冷却速率。试验温度升高，接近压实温度时，纤维/基体界面处的残…     

连续SiC纤维钛基复合材料制件的超声底波监控检测

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料(TMCs)制件的制备工艺特点,分析了TMCs制件可能产生的缺陷及其超声检测难点,对TMCs整体叶环纤维/钛合金结合界面处的空洞类缺陷的超声底波监控结果进行模拟仿真,并对特定尺寸TMCs整体叶环进行了缺陷检测;结合超声检测试验和解剖分析结果,分析了TMCs整体叶环结合界面处出现的空洞类缺陷的特征,确定了底波监控在TMCs整体叶环纤维/钛合金结合界面超声检测缺陷信号识别中的作用,为TMCs制件内部质量的超声检测提供了技术支持。     

SiC维纤增强钛基复合材料的疲劳裂纹扩展速率

用箔-纤维-箔法制备SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料,研究复合材料在加载频率f=10Hz、应力比R=0.1、最大应力σmax=300MPa条件下的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并采用扫描电子显微镜对疲劳破坏断口进行观察和分析。结果显示,在该加载条件下,复合材料第Ⅱ阶段疲劳裂纹扩展速率符合高斯函数。断口观察表明,复合材料的基体在裂纹稳态扩展区出现明显的疲劳条带,复合材料的疲劳损伤可以分为纤维断裂、基体开裂和纤维/基体界面脱粘等多种形式。     

等离子喷镀制造纤维增强钛基复合材料

连续纤维增强的钛复合材料是航空发动机压气机部件很有吸引力的材料,然而,它们的制造仍然是材料科学和工程的一个复杂课题．钛基复合材料（TMC）的应用使航空发动机压气机的设计从惯用的盘和燕尾叶片改为TMC叶状环．这种叶状环设计利用复合材料的纵向强度来传输高的圆周应力,并保持足够的横向强度来传输经向应力．制作的示范叶状环部件,预计减重达到70％;还用T14C制造了诸如致动器和压杆．所有TMC制造方法都要求连续的S江纤维和钛合金基体以正确的纤维取向和体积分数精心排列,以获得最佳的力学性能．在制备未加工的TMC预型坯过…