SiC／TiAl界面固相反应研究

使用扫描电子显微镜、电子能谱仪、X射线衍射仪对经950～1100℃热处理的SiC/TiAl平面界面偶界面固相反应层的成分分布、微结构及相组成等进行了分析研究,讨论了SiC/TiAl界面固相反应机制,并对热处理过程中反应层成长的动力学过程进行了探讨,获得相应的动力学方程.结果表明,SiC/TiAl界面固相反应层主要由TiC、Ti5Si3Cx及Ti(Al,Si)2构成.其中,TiC和Ti5Si3Cx主要富集于邻近SiC的反应区,而Ti(Al,Si)2富集于邻近TiAl侧的反应区.SiC/TiAl界面固相反应的发生归因于TiC和Ti5Si3Cx数值大的负吉布斯自由能变化.SiC/TiAl界面固相反应层遵循抛物线生长规律,为扩散控制的反应过程,反应速率常数为:K=8.47×10-3exp(-322×103/RT)(m2/s).     

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.     

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.     

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.     

SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应

利用纤维涂层法和真空热压工艺制备SiC纤维增强γ-TiAl金属间化合物(Ti-43Al-9V)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)仪等研究复合材料的界面反应产物和界面反应产物的生长动力学。结果发现,SiCf/Ti-43Al-9V复合材料的界面反应生成了TiC、Ti2AlC和Ti5Si3,分三层分布。从SiC纤维到Ti-43Al-9V基体,界面反应产物序列为:TiC/Ti2AlC/Ti5Si3+Ti2AlC(颗粒)。界面反应产物的生长受扩散控制并遵循抛物线生长规律,其生长激活能Q和指前因子k0分别为190kJ/mol和2.5×10-5m.s-1/2。与其它Ti合金基的复合材料相比,γ-TiAl基复合材料的界面热稳定性更好。     

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。     

Ti/Al固相扩散反应行为及其动力学研究（英文）

研究了Ti/Al热处理温度为520~630℃之间不同温度条件下的固相扩散反应,实验选用Ti/Al粉末压坯作为研究TiAl_3金属间化合物反应动力学模型的原始材料,当热处理时间达到46 h条件下,TiAl_3金属间化合物相在Ti/Al界面生成,实验结果显示TiAl_3相沿TiAl_3/Al界面的生长速率明显优于沿Ti/TiAl_3界面的生长速率。此外,建立了TiAl_3固相扩散反应动力学方程,Ti/Al固相扩散反应激活能和动力学指数分别为170.1 k J·mol~(-1)和0.5。通过对不同热处理条件下试样进行成分分析得到,在热处理工艺为590℃/4.5 h条件下,铝完全消耗,而590℃/3.5 h条件下仍有多余的铝剩余,该实验结果与所建立的固相反应扩散动力学模型相一致,表明该模型能够很好地预测Ti/Al材料固相反应的进行状态。     

SiC/Fe3Al界面的固相反应

用扫描电子显微镜、电子能谱仪和X射线衍射仪对SiC／Fe3Al界面固相反应区的成分分布、微结构及相组成等进行分析研究。结果表明：在1050℃和1100℃的热处理温度下经10h扩散反应后,SiC／Fe3Al界面固相反应区由Fe3Si、石墨态C和Fe-Si-Al三元化合物（FeSiAl5及FeSi3A19）构成,SiC／Fe3Al界面固相反应区由调整的C沉积物区（M-CPZ）和均匀的C沉积物区（R-CPZ）（从SiC侧至Fe3Al侧）构成,调整的C沉积物区的形成归因于SiC的不连续分解。     

机械诱发自蔓延反应合成Ti3SiC2的机理研究

机械合金化3Ti/Si/2C粉体,会诱发自蔓延反应,产生组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉体与块体产物.获得的粉体和块体产物中Ti3SiC2含量分别约为17.6%和58.2%(质量分数,下同).本研究提出了一个机械诱发自蔓延反应合成Ti3SiC2的反应机制,即Ti3SiC2是从固相TiC与Ti-Si液相中形核并长大.最后讨论了机械诱发自蔓延反应与自蔓延高温烧结对合成产物中Ti3SiC2含量及显微形貌的影响.     

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。