非连续增强钛基复合材料的制备工艺及应用

非连续增强钛基复合材料凭借简单多样的制备工艺、更为卓越的材料性能以及优异的经济性成为制备钛基复合材料研究的热点,并得到了广泛应用.综述了非连续增强钛基复合材料制备工艺以及应用;分析了各种制备方法的差别及优缺点,并对非连续增强钛基复合材料制备工艺进行展望.     

中国钛发展的四十年

系统介绍了钛基复合材料的最新研究和发展，涉及非连续颗粒增强和连续纤维增强两大类钛基复合材料近１０多年来的研究成果和发展趋势；重点评述了钛基材和增强剂的选择，增强剂与基体界面反应的研究，扩散障碍涂层技术和钛基复合材料制造工艺的研究和发展，讨论了钛基复合材料的应用前景。     

钛基复合材料微观结构设计的研究进展

钛基复合材料具有轻质高强的突出特点,在航空航天等关键领域应用前景巨大。经过近40年的研究,钛基复合材料领域的研究热点由最初的连续纤维增强为主发展到目前以非均匀颗粒/晶须增强为主,但相关研究重点始终围绕着钛基复合材料的塑韧性提升这一目标。其中有效的方法之一是对钛基复合材料进行微观结构设计,以实现其强韧性的良好匹配。本文综述了钛基复合材料的几种主要的微观组织构型、相应的制备方法、力学性能以及存在的问题,对钛基复合材料的微观结构设计思路与实现方法进行了简要总结。     

原位合成技术在非连续增强钛基复合材料中的应用及展望

分别从增强体的选择、基体的选择和构型设计等方面综述了原位合成非连续增强钛基复合材料的研究现状;概述了熔铸法、机械合金化法、自蔓延高温合金合成法、放热弥散法、反应热压法以及接触反应法等原位合成方法的工艺特点、反应原理;介绍了各原位合成方法在制备钛基复合材料中的最新应用;并对原位合成技术在钛基复合材料中的发展进行了展望。     

颗粒增强钛基复合材料研究新进展

颗粒增强钛基复合材料具有高比强度、低密度、高弹性模量等特点，成为钛基复合材料的发展趋势。目前日本的Toyota公司采用粉末冶金技术制备了原位反应生成的TiB颗粒增强钛基复合材料，已在汽车发动机进、排气阀等部件得到应用。美国Dynamet公司开发了颗粒增强钛基复合材料CermeTi系列，利用其好的耐磨性能在军事、汽车、体育、医疗器械方面进行了开发。我国西北有色金属研究院研制出了性能优异的TP-650钛基复合材料，并且上海交通大学等亦在原位反应法方面作出了较好的结果。     

铜与氧化石墨烯协同增强钛基复合材料显微组织及性能研究

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜(Cu)和氧化石墨烯(GO)协同增强的钛基复合材料(GO/Cu/TA1),研究了氧化石墨烯和Cu元素对钛基复合材料组织、硬度及拉伸性能的影响。结果表明：GO/Cu/TA1复合材料晶内析出金属间化合物Ti_2Cu相,晶界处存在非连续分布的TiC颗粒。复合材料的抗拉强度和屈服强度较TA1纯钛分别提高了66%和82%,显微硬度提升了58.4%,且延伸率保持在15%左右。硬度及强度的提升归因于晶界处分布的TiC颗粒与晶内析出的金属间化合物Ti_2Cu相的协同强化作用。     

增强相含量对原位(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了(TiC+TiB)/TC4复合材料，并研究了TiC和TiB增强相含量对钛基复合材料物相组成、微观结构和力学性能的影响。采用SPS温度为1 100℃原位合成制备出(TiC+TiB)/TC4复合材料，TiCp和TiBw呈准连续的网状结构分布在晶界处。样品按照TiC∶TiB为1∶1的比例来制备出增强相体积分数为x%(x=0、1、2.5、5、7.5)增强钛基复合材料。在增强相的体积分数为2.5%时复合材料的屈服强度、抗压强度最高，分别为1 264和1 803 MPa,工程应变由基体合金的30%增加至39.4%。     

非连续增强铝基复合材料的研究与应用进展

非连续增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量、高导热、低热膨胀、耐磨、耐辐射等优异的综合性能,在航空、航天、空间、电子、信息、先进武器等高技术领域有重要的应用和巨大的应用潜力。主要介绍了非连续增强铝基复合材料的主要制备方法、性能特点、热加工处理,以及国内外在航天航空、电子信息、汽车等领域中的应用进展。     

TiC颗粒增强钛基复合材料细观动态力学性能

基于不动点迭代法提出宏细观多尺度计算方法对颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能进行研究。采用该多尺度计算方法可以将复合材料的宏观力学性能与材料的微观结构相联系,通过迭代法从宏观角度为单胞模型提供真实的物理边界条件,将该边界条件施加到单胞有限元模型,对其进行有限元分析可最终获得复合材料的宏观力学性能。在与试验结果比较的基础上,预测颗粒形状、颗粒的体积分数、颗粒大小以及界面强度对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响,为颗粒增强钛基复合材料力学性能的优化设计提供依据。     

连续纤维增强钛基复合材料的超塑性变形

连续SiC纤维增强钛基复合材料(TMCs)可作为未来航空结构用材，因其高比强度、比刚度可保持至高温下，现已开发出一些TMC模型件，如叶片、盘、环、致动棒、起落架等。但因预成型及压实后的精加工成本高昂、循环载荷下复合材料的损伤容限有限，还未能实际应用。由6家公司和美国国防部组成了钛基复合材料涡轮发动机部件联合体，其目的是为TMCs在大型涡轮发动机上寻找用途，并使其制造成本降低。降低成本的可行性途径之一是采用超塑性成型技术制备金属基复合材料部件。但这方面的报道较少，可见的塑性成型的方法只有蠕变锻造、断裂成型等，…     

Finite Element Analysis of Push-Out Test of SiC Fiber Reinforced Titanium Matrix Composites

Based on the interphase layer model and the spring layer model, an improved interface model was developed to evaluate the interfacial shear strength of Titanium matrix composites(TMCs) and to analyze the effects of various parameters on the interfacial properties. The results showed that the improved interface model is more suitable for calculating the interfacial properties of SiC fiber reinforced titanium matrix composites. The interfacial shear strength of SiC/Timetal-834 predicted is 500 MPa. In additio...     

激光原位合成TiB-TiC颗粒增强钛基复合材料的组织与其耐磨性能

采用激光沉积制造技术原位合成以TiB-TiC为增强相的钛基复合材料。借助XRD、SEM、EDS以及硬度测试和室温耐磨实验,研究钛基复合材料的组织及其耐磨性能。结果表明:制备样品中的强化相为TiC和TiB,其中TiC呈近似等轴状,TiB呈晶须状或棱柱状;随着增强相含量的增加,钛基复合材料硬度增加,但摩擦系数变化不大,磨损失重先减小后增大,说明钛基复合材料的耐磨性能不仅仅与硬度有关;与基材相比,B元素和C元素为1.2%和0.84%(质量分数)的钛基复合材料具有较好的耐磨性能,其磨损失重仅为基材的53%;钛基复合材料的磨损机制为磨粒磨损和极少量氧化磨损的共同作用。     

Microstructure and properties of submicron-scale TiC particle reinforced titanium matrix composites prepared by shock wave consolidation

Submicron-scale TiC particle reinforced titanium matrix composites (TMCs) were prepared by shock wave consolidation technique at detonation speed of 2500-5000m/s. The microstructures were studied by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The compressive strength and hardness values of the composites were also determined. The results show that the composites have higher compressive yield strength and hardness values than hot-rolled pure titanium. Twins in the microstructure of TMCs show that titani-um particles undergo plastic deformation during consolidation process. The fine grains with size less than 1 μm often locate in the boundaries among the titanium particles. TiC particles seem to keep unchanged during the consolida-tion. These bring about the increase in strength and hardness for the composites. The detonation speed of 3200 m/s is proper parameter for compacting powder in the present work.     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能研究

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料的氧含量为0.21~0.24 wt.%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36~0.41 wt.%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200 °C/2 h烧结制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为47.3 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

Fabrication and mechanical properties of in situ TiC/Ti metal matrix composites

In situ TiC particle reinforced titanium matrix composites (TMCs) were successfully fabricated by reactive sintering of Ti + Mo₂C and Ti + VC compacts. The results of the tensile tests at ambient and elevated temperatures show that the strength of the composites increases with increasing additive content (Mo₂C and VC), and decreases with increasing temperatures. Comparing the two types of TMCs, the Ti + VC composites have a lower strength than the Ti + Mo₂C composites, but can more effectively retain the strength to elevated temperatures. Microstructural analyses show that the main strengthening mechanisms of the TMCs are solid solution, grain refinement and particulate strengthening. Different dominant strengthening mechanisms in different composites are responsible for the variations of the mechanical properties. At elevated temperatures, the volume fraction of TiC particles is the main factor for increasing the strength.     

颗粒增强钛基复合材料的高温氧化行为研究进展

综述了近年来碳化物和硼化物两种颗粒增强钛基复合材料的高温氧化研究现状,包括氧化热力学和氧化机理的分析。氧化产物的热力学分析旨在为氧化机理的研究提供理论基础,并在此基础上指出了今后钛基复合材料氧化行为的研究重点和方向。     

热压烧结反应生成TiB／Ti-4．0Fe-7．3Mo复合材料的组织与性能

采用机械合金化(MA)的方法将B和FeMo粉末与金属Ti的粉末混合均匀，球磨10h后，真空热压烧结制备原位生成TiB增强Ti-4．0Fe-7．3Mo复合材料。在金相显微镜(OM)下观察，复合材料由TiB增强区与不含TiB的基体所组成。TEM研究表明：增强区足由反应生成的TiB增强的α和β-Ti2相共同组成，在α和β-Ti相交界处分布的TiB不仅尺寸较人，而且数量也较两相内部的TiB多。在α钛中观察到少量的平行于α相板条的特殊TiB的存在。反应生成的TiB呈截面为六边形的针状，与基体的界面清洁、平直匹配良好。复合材料的三点弯曲强度和杨氏模量均随反应生成TiB体积含量的增加而降低。     

硼化物颗粒增强钛基复合材料研究进展

本文综述了TiB或TiB2颗粒增强钛基复合材料的组织形貌、增强相与合金基体的界面、复合材料的力学性能等方面的研究状况。重点介绍了颗粒在铸态或热处理态的形貌,与基体的界面,合金室温强度,蠕变,疲劳等性能的研究现状。对复合材料的应用状况也进行了简单的叙述,并提出了展望。     

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。     

多元多尺度增强钛基复合材料复合设计与先进加工技术研究进展

多元多尺度钛基复合材料以其轻质、高强、耐热等优异的性能在航空航天等高新技术领域具有广阔的应用前景。从多元多尺度强化设计思路、先进加工技术、工程应用等方面综述了原位自生钛基复合材料的研究现状。指出了研究中的关键突破点与存在的问题，并提出了新的研究方向，进一步优化复合材料多元多尺度设计体系，挖掘材料内部结构设计，提高材料的综合性能；另一方面完善先进热加工技术与理论，改善钛基复合材料的加工性，推动轻质高强钛基复合材料在重大装备等领域的应用。