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.     

锆英石的特性

锆英石(亦称锆石、锆砂)的分子式为ZrSiO_4,属正方晶系,为中性耐火材料。早就为铸造界所重视。近年来,国外在铸造上使用锆英石越来越多,在国内亦日益引起铸造工作者的注意,并在积极推广应用。 锆英石的理论组成为67.2％ZrO_2和32.8％SiO_2,原锆石必须经过精选才能用于铸造生产,锆英石中ZrO_2的含量应高于60％     

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.     

SiC纤维增强高温合金复合材料可行性分析

SiC纤维增强金属基复合材料因耐高温、低密度等特点,在航空航天领域逐渐推广.为进一步提高SiC纤维增强金属基复合材料的使用温度,国内外开始尝试将SiC纤维与高温合金进行复合,以期发挥两者的优点,获得性能更加优良的高温结构材料.但SiC纤维增强高温合金复合材料发展缓慢,诸多尝试均未取得突破性的成功,界面问题是制约该类材料...     

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。     

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.     

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Ni-Cr-Al合金复合材料先驱丝的制备

采用对靶设计的磁控溅射法在SiC纤维表面先后沉积了(Al+Al2O3)扩散阻挡层和Ni-Cr-Al合金先驱层,制备得到SiCf/Ni-Cr-Al先驱丝。研究了涂层的形貌、成分和相组成,以及涂层对SiC纤维力学性能的影响。对先驱丝在850℃/150 h和900℃/150 h进行真空热处理。结果表明:Al_2O_3涂层均匀致密,呈非晶态,Ni-Cr-Al合金涂层成分分布均匀,与靶材成分相当;涂层与SiC纤维结合良好,且对SiC纤维力学性能影响较小;先驱丝在真空热处理后,Ni-Cr-Al合金层仍保持完整,(Al+Al_2O_3)涂层有效的抑制了界面处元素扩散和化学反应,保证了高性能的SiC_f/Ni-Cr-Al复合材料的制备。     

SiC纤维增强钛基复合材料界面研究及构件研制

首先介绍了作者近年来在SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理、应力分布和界面调控方面的工作进展,然后介绍了作者在磁控溅射法和箔-纤维-箔法复合材料工艺及构件研制方面的研究工作。     

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。     

锆英石材料烧结性能研究

为获得致密锆英石材料,以满足无碱玻璃纤维池窑内衬使用的需要,采用喷雾造粒、等静压成型和电炉烧成工艺,试验了TiO2,CaO,MgO,SiO2,Fe2O3和La2O3等不同添加剂在1500,1550,1600℃3种烧成温度下对锆英石材料烧结性能的影响,并研究了TiO2的加入量及不同的烧成温度对锆英石材料烧结性能的影响.结果表明添加TiO2添加剂的试样密度最高,TiO2对锆英石的助烧作用最明显TiO2加入量为0.6%(质量分数)时锆英石材料的烧结密度最大,TiO2的最佳加入量为0.6%;添加0.6%TiO2的锆英石材料烧成温度范围为1450～1550℃.     

一种新型锆英石超细粉漂白剂的除杂工艺研究

通过试验研究出了新型的较为有效的锆英石超细粉漂白剂（NP）,该种漂白剂可有效地去除锆英粉中的铁、钛杂质,大大改善锆英粉的白度。     

SiC纤维增强的钛合金基复合材料的显微结构

利用电子显微镜研究了ＳｉＣ纤维增强的钛合金基复合材料的显微结构，结果表明，复合材料的增强相为直径１２０μｍ左右并含有１５μｍ钨芯的柱状纤维，β－ＳｉＣ针状枝晶沿径向生长，其面垂直于枝晶生长方向并含有大量的层错和微孪晶。纤维与基体结构得很理想，界面非晶保护层在材料复合过程中未受损失。     

锆英石对镁钙质耐火材料性能的影响

镁钙质耐火材料是一种强碱性耐火材料,对碱性炉渣和钢液具有良好的化学稳定性,且有利于钢液的脱磷、脱硫,以及钢液的净化,但由于CaO的易水化性使镁钙质耐火材料的使用受到了限制。实验选用6种不同锆英石的加入量,采用两种不同的烧结方案,对添加锆英石后的镁钙质耐火材料的性能进行了研究。结果表明,添加锆英石后的镁钙质耐火材料烧结性能提高,显气孔率降低,体积密度增大,荷重软化温度提高,抗渣性增强。     

用锆英石生产ZrCl4沸腾氯化工艺探讨

对锆英石沸腾氯化生产四氯化锆的工业实验做了介绍,并且探讨了沸腾炉炉体结构和流态化氯化速度的确定,以及气流速度、反应温度、物料粒度对沸腾氯化的影响问题。     

SiC纤维表面电镀铜的研究

分别研究了在SiC纤维表面直接硫酸盐镀铜,以及在SiC纤维表面溅射沉积约为1.5μm厚的Ti6Al4V合金后再进行硫酸盐镀铜的工艺,并测试了镀铜纤维的抗拉强度,利用扫描电镜(SEM)观察了镀层表面及断口形貌.研究结果表明:适当的前处理可使纤维表面均匀、连续地镀上铜;电流密度越小,镀铜纤维的抗拉强度越高,镀层中的孔隙越小,晶粒堆积得越紧密.实际应用时采用1～2 A·dm-2的电流密度较好.