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.     

新型的金属间化合物基复合材料

以金属间化合物为基体的复合材料是目前正在研究的一种新型高温结构材料。本文综述了这种新型复合材料的发展现状及其制造方法。初步研究表明:纤维增强的Ni_3Al,Ti_3Al,FeAl等铝化物金属间化合物基复合材料性能优子基体材料和目前广泛使用的镍基高温合金,展现出了诱人的前景。将来的研究方向将主要集中于增强剂与基体的化学相容性,热膨胀系数的匹配,力学模型和断裂模式的建立,制备工艺的开发与优化等方面。     

从钢中珠光体看脆性材料强韧化仿生结构设计

叠层复合材料是人们受自然界贝壳结构的启发而设计开发的一种新型结构材料.钢中共析珠光体具有片层状结构,其实就是一种典型的叠层复合材料.介绍了珠光体和贝壳珍珠层的微结构及其力学性能特征、脆性材料强韧化结构的设计,并综述了叠层复合材料的国内外研究现状,对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.     

日本超高温结构用金属材料的研究现状

简要介绍了日本围绕燃气轮机用关键超高温金属结构材料所展开的研究开发工作,包括Ni基超合金、耐热金属间化合物、Nb基超合金及其复合材料.Ni基超合金仍是当前燃气轮机用超高温结构的主要材料,但其使用温度的上升潜力已经不多,用新的超高温材料替代Ni基超合金是燃气轮机用材的发展趋势,金属材料中耐热金属间化合物和Nb基复合材料是今后关注的焦点.     

金属间化合物的制备及其在化工中的应用

金属间化合物是一种介于金属与陶瓷之间的新型功能与结构材料,近年来在制备方面取得了长足的发展.综述了金属间化合物的若干制备方法,重点是机械合金化法、自蔓延高温合成法、喷射沉积法,简要叙述了上述方法的优点和不足之处.由于本身具有特殊性能,金属间化合物已作为一种新型催化剂被尝试性地应用在化学工程中.结合化学工程学科的特点与需要以及作者自己的研究心得,对金属间化合物的研发进行了探讨.     

连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料的制备和界面行为

简要叙述了几种主要的Ti-Al系金属间化合物Ti_3Al、TiAl和Al_3Ti的发展状况、性能优缺点以及应用。综述了几种增韧金属间化合物的纤维,对比其他纤维的性能发现连续的SiC纤维具有良好的应用前景。概括了两种连续SiC纤维的不同制备方法,即先驱体转化法和物理气相沉积法,两种不同方法分别得到了束丝SiC纤维和单丝SiC(W或C芯)纤维,并对两种纤维的性能进行了概括。对连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料的制备方法进行了分析,综述了SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料制备过程中纤维与基体的界面反应以及界面性能的改善方法;提出了连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料发展的方向。     

铝基层状复合材料界面金属间化合物的研究现状

随着科学技术的进步和新技术、新产业的出现,特别是高、精、尖技术的迅速崛起和发展,各国对工程材料的需求也越来越广泛,对材料性能提出了越来越苛刻的要求。因此传统、单一的金属材料的应用领域受到很大的限制,越来越不能满足高新技术的发展要求。近年来,能源和资源的消耗日渐增多,许多矿产资源日益枯竭,为了节约资源和能源,减轻产品质量,环保绿色的复合材料已成为主流发展方向。异种金属复合材料通过选择不同的组元层,可具备多种优异性能,以满足抗磨损、抗腐蚀、抗冲击及高导热导电等特殊要求。目前,金属基复合材料在石油、机械、化工、电子及家用电器等许多领域得到了广泛应用。铝基层状复合材料兼具铝合金的耐腐蚀、高导热、低密度和其他组元层的优良性能,如不锈钢耐腐蚀、铜高导电导热散热、钛耐高温冲击耐腐蚀、镁低密度优良电磁波屏蔽性能等,可满足多种特殊使用要求。铝不锈钢、铝镍及铝钛复合材料的应用,可节约Cr、Ni、Ti等稀贵金属。为了使铝基层状复合材料具有良好的界面结合性能,异种金属复合后,通常进行扩散退火,然而异种金属扩散退火过程中若层状复合材料界面有金属间化合物生成,将会损坏组元层间的结合强度,甚至分层,严重影响复合材料的使用性能。因此,研究界面金属间化合物的形成及生长是开发铝基层状复合材料的关键。本文较为系统地阐述了常用铝/不锈钢、铝/钛、铝/镍、铝/铜、铝/镁五种铝基层状复合材料界面金属间化合物,介绍了界面金属间化合物相的组成及生长动力学,并给出了五种铝基层状复合材料界面化合物的生成条件。同时,揭示了铝基层状复合材料界面金属间化合物初始形成过程,包括金属相互扩散、到达最大固溶度后初始相的形成、金属间化合物不同相间的转变及金属间化合物厚度的增加,得到了界面化合物厚度与扩散退火时间和温度的关系,金属间化合物层厚度(X)与时间(t)之间的关系满足公式:X=kt~n(n为动力学指数)。此外,本文就Si对铝镍、铝钛层状复合材料界面金属间化合物的影响进行了预测。     

Nb-Si系金属间化合物的研究进展

介绍了Nb-Si系金属间化合物及其复合材料的制备工艺，力学性能和物理性能，综述了Nb-Si系金属间化合物作为高温结构材料的最新研究进展和发展趋势，作为轻质高温结构材料的有力竞争者，Nb-Si系金属间化合物及其复合材料，特别是具有低温韧性和高温强度优良均衡的Nb-Nb5Si3原位复合材料，有望在下一代航空航天发动机上（≥1600℃）应用。     

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti制备技术及其研究进展

新型金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti具有高强度、高模量、高刚度、低密度以及高的断裂韧性等优异性能,在航空航天、武器装备及地面军用车辆的装甲防护系统等方面有着广阔的应用前景.迄今为止,针对金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的制备,人们发展了冷轧、热轧、脉冲电流热压、真空烧结、无真空烧结和爆炸焊接等制备技术.概述了国内外对新型轻质高性能金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti的研究现状,着重阐述了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti制备技术的工艺原理及其特点,为Ti/Al3Ti的发展和应用提供基础.最后从不同研究方向展望了金属间化合物基层状复合材料Ti/Al3Ti未来的主要研究趋势.     

Fe3Al基摩擦材料的结构与摩擦磨损性能

采用热压烧结方法制备了一种适用于重载高速工况下的新型Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,并对其微观结构、力学性能以及干滑动摩擦磨损性能进行了试验研究.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低,强度高,摩擦系数高而稳定,高温耐磨性好.不同条件下摩擦磨损机制不同,轻载荷下主要是磨粒磨损和疲劳磨损,表现为微犁沟和凹坑;重载荷下摩擦初中期表现为严重塑性变形、裂纹扩展和疲劳断裂,摩擦后期以氧化磨损为主.     

近几年新型钛合金的研究进展

主要介绍了进入21世纪以来国内外在新型钛合金研究领域的新发展,按照合金性能、用途、工艺等方法分3个大方面重点阐述了新型钛合金的发展特点,提出了今后各分支领域可能发展的方向.不包括含钛的金属间化合物及钛基复合材料的研发情况.     

Influence of post-weld heat treatment on microstructure and adhesion of Ti/Cu composite

It is well known that brittle interfacial intermetallics are typically present in laminated composites and degrade their mechanical performance. To investigate the relationship between intermetallics and mechanical properties, Ti/Cu-laminated composite plates prepared by explosive welding were studied with different heat treatments. A transition layer containing four zones of intermetallic phases, Cu₄Ti, Cu₄Ti₃, CuTi, and CuTi₂, was found at the interface between Ti and Cu after explosive welding. The intermetallics became thicker as the temperature of the heat treatment increased, especially for the CuTi phase. The sample treated at 473?K exhibited the highest bonding strength of 199.7?MPa, which was attributed to the elimination of residual stress during the welding and the diffusion of copper to improve interfacial bonding.     

叠层状复合材料的研究进展

以贝壳珍珠层为例,简要介绍了天然叠层状生物材料的结构特征,并针对叠层状仿生材料的设计原理、制备技术及其研究现状等方面加以综述.     

复合材料层合板冲击后压-压疲劳寿命预测方法

针对冲击后复合材料层合板, 发展了含冲击初始损伤层合板的压-压疲劳寿命预测方法。该方法基于无损单向板的力学性能和疲劳特性, 对不同铺层参数、 不同几何尺寸以及不同冲击条件下层合板的疲劳寿命进行预测。为消除人为假设冲击损伤造成的误差, 对层合板在冲击载荷及冲击后疲劳载荷作用下的破坏进行全程分析, 即把冲击后层合板的实际损伤状态直接作为疲劳分析的初始状态。同时基于逐渐损伤思想, 推导了含冲击初始损伤层合板的应力分析过程, 建立了相应的三维逐渐累积损伤模型, 开发了参数化的复合材料层合结构冲击及冲击后疲劳破坏模拟程序, 为复合材料层合结构的抗冲击设计及其疲劳损伤扩展行为研究提供了较好的技术平台。      

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.     

层状复合陶瓷材料的研究进展

层状复合陶瓷材料是目前陶瓷增韧的最有效途径之一,有着广泛的应用前景,是陶瓷增韧研究的热点,近年来发展很快．本文介绍了层状复合陶瓷材料的结构设计、制备、特点以及主要韧化机制,综述了几种不同体系层状复合陶瓷材料的国内外研究进展情况,并探讨了层状复合陶瓷材料的弱点及今后应进一步研究的若干问题．     

Ti-Al_3Ti层状复合材料的研究现状与发展

概述了Ti-Al3Ti层状复合材料的国内外研究现状,着重论述了压力加工复合材料的制备技术,同时归纳了Ti-Al3Ti层状复合材料的微观组织及力学性能方面的研究,发现材料微观组织结构可控并具有高的强度和断裂韧性。此外还从材料制备、成形、设计及模拟的角度对这种新型层状复合材料的研究方向提出了进一步的想法。     

复合材料结构受横向载荷作用的强度问题

众所周知, 各向同性材料结构的极限分析与设计只需一个应力强度条件(如采用第一或者第四强度理论) 。但是在复合材料的情况下, 问题要复杂得多。本文中提出除了一个应力强度条件之外, 还须补充一个临界变形条件或者称为临界刚度条件才可以确定复合材料结构在横向载荷作用下的极限破坏状态的观点。对本文作者近期在这方面的研究工作作了介绍, 尤其侧重介绍如何确定复合材料结构的极限承载能力, 并指出复合材料结构受有横向载荷作用的一些有待研究解决的紧迫问题。      

Comparative viability of processing routes for intermetallic based materials

Abstract

Processing routes for intermetallic based materials are briefly surveyed and compared. For monolithic intermetallics the two main factors determining process routes both derive from the low room temperature ductility of most intermetallics. They are the need to maintain material cleanness, thus reducing fracture initiation sites, and the desire to achieve fine grain size to seek to improve ductility. For the titanium based aluminides there is also a need to minimise interstitial, particularly oxygen, pick-up during processing. For intermetallic based composites, a broad range of processes is already being investigated. In many of these, issues of cleanness may be more difficult to control than for the monolithic composites. With continuous fibre reinforced composites a further process impetus is the need to control interfacial interactions between the fibre and the matrix.

MST/1560     

Analysis of fracture process in single-edge-notched laminated composites based on the high amplitude acoustic emission events

The objective of this study is to analyze the fracture process of single-edge-notched (SEN) laminated composites with different lay-up configurations and different fiber composite systems based on the behavior of high amplitude acoustic emission (AE) signals. The classification of signal type according to the dominant frequency band and its magnitude via FFT, combined with the microscopic observations under reflection and transmission optical microscopy, have been also performed in order to support the effectiveness of the analysis based on the high amplitude AE signals. It has been shown that the behavior of high amplitude event rate describes well the fracture process in the SEN laminated composites with different fiber orientations; the direction of the main crack propagation in SEN laminated composites is decisively affected by the fiber orientation and is irrespective of the initial notch direction. Finally, the AE characteristics for SEN laminated composites have been summarized in association with the individual fracture process.