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.     

连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料的进展情况,介绍了复合材料在发动机等航空航天领域应用的优势,总结归纳了基体的特性、常用纤维增强体、复合材料的力学性能、界面问题和制备技术.在此基础之上提出了今后的发展方向.     

Ti-Al系金属间化合物多孔材料的制备和性能

使用粉末冶金模压成形和无压反应烧结方法,制备出Ti-Al系金属间化合物多孔材料,研究了铝含量对其孔隙形成机理以及孔结构性能的影响.结果表明:烧结后Ti-Al合金坯块发生了显著的体积膨胀;最大孔径和开孔隙率都随着铝含量的增加而增大,当铝含量(质量分数)超过60%时,总孔隙率出现下降趋势;Kirkendall效应导致的钛铝元素偏扩散反应是体积膨胀和孔隙形成的主要原因.     

SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理

本文应用相图和扩散通道理论分析了SiC/Ti复合材料界面反应的过程及界面区微观形貌,SiC纤维的表面状态直接影响着SiC/Ti界面反应的扩散通道。在SiC纤维表面涂覆TiC,或涂覆碳基涂层使Ti₃SiC₂层优先形成,能有效地控制界面反应,保护SiC纤维,界面区中反应产物层的排列顺序不一定与扩散通道所示的相顺序一一对应。      

Ti-Al系化合物基复合材料制造技术

一、前言 Ti-Al系化合物基复合材料是一种很有发展前途的新材料,可用于制造新型超音速运输机和跨越大气层飞行的各种运载装置的零部件。在Ti-Al系化合物基复合材料研究中,制造技术的开发研究一直是最为活跃的领域之一。目前已开发了诸如粉末布等8种新的制造技术(表1)。本文就纤维增强型和颗粒增强型Ti-Al系化合物基复合材料的制造,介绍复合材料制造技术的发展概况。     

SiC纤维增强钛合金基复合材料界面热稳定性研究

本文利用扫描电镜和能谱分析手段，对连续SiC纤维增强钛合金基复合材料的界面热稳定性和界面反应机制进行了分析和研究。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面行为的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响。结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC／C／Ti-6A1-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC／Ti-6A1—4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC／C／Ti-6A1—4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行。     

放电等离子烧结Ti-Al系金属间化合物

用机械合金化法(MA)制备了Ti-45% Al纳米晶合金粉末,并对其进行放电等离子烧结(SPS),烧结时间仅为5min.用D-maxIIA型X射线衍射仪、JEM-2000EX型透射电子显微镜对粉末和烧结块体的微观组织及机械性能进行了研究.研究表明:Ti和Al的粉末随着球磨时间的延长,粉末有明显的细化趋势,球磨5h即有非晶产生,球磨20h后得到接近完全非晶相;采用SPS烧结技术,在1200℃下能够制备出较高硬度的TiAl金属间化合物块体材料.     

连续纤维增强陶瓷基复合材料界面层研究进展

界面层是陶瓷基复合材料中的关键组成部分,因对复合材料的各项性能都有重要影响,而成为陶瓷基复合材料研究的重点之一。本文在叙述界面层功能的基础上,分别对结构陶瓷基复合材料和抗氧化陶瓷基复合材料的界面层研究现状进行讨论,分析了研究中存在的问题,指出了未来研究的方向和重点。     

原位金属间化合物增强铝基复合材料研究

(1)成功制备出了增强相Al_3Ti尺寸小于0.5μm、AlN的尺寸达到纳米的AlN.Al_3Ti/ZL101原位复合材料。增强相Al_3T_i的尺寸大小取决于制备工艺及合金液中T_1元素的扩散速度。Al_3Ti晶核形成后对其周围溶质的吸附作用满足Langmuir吸附理论。吸附的溶质阻碍了Ti元素的扩散,使Al_3Ti晶核形成后很难长大而能大量形核,并保持亚微米级尺寸。采用X射线衍射及TEM方法分析并确定了增强相Al_3Ti和AlN。(2)二水平七因素及三水平四因素正交实验确定了AlN.Al_3Ti/ZL101原位复合材料的最佳成分。该原位复位材料的最大拉伸强度为360MPa、布氏硬度为122、弹性模量达到92GPa、延伸率为3.8％。(3)原位复合材料晶粒尺寸较基体细小得多。Al_3Ti可显著细化α-Al晶粒,α-Al晶粒的细化使其周围的共晶硅细化;AlN相存在于共晶硅中,作为异质晶核可显著细化共晶硅。TEM分析表明,基体和增强相Al_3Ti之间存在一定的晶体学位向关系并出现共格现象。原位复合材料的主要强化机制为细化晶粒强化(细化α-Al晶粒、细化和粒化共晶硅晶粒、细化AlN晶粒和细化Al_3Ti晶粒)、弥散强化和复合强化。(4)首次研究了原位复合材料的铸造性能和重复使用性能。在铝合金铸件的正常浇注温度下,AlN.Al_3Ti/ZL101原位复合材料有较基体ZL101更好的流动性、更小的     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面改性研究现状

针对SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应问题,综述了国内外涂层法界面改性的研究现状,主要包括各种单涂层法、双涂层或复合涂层法及其对复合材料界面和力学性能的影响,指出了其存在的问题或不足,并预测了今后的发展趋势。     

连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的界面性能

用SEM观察了复合材料的微观断面结构,用横向拉伸强度和层间剪切强度表征玻璃纤维(GF)、T700碳纤维(CF)、芳纶纤维(F-12)增强PPESK树脂基复合材料的界面性能,研究了界面性能对三种复合材料耐湿热性能的影响.结果表明,T700/PPESK和F-12/PPESK复合材料的界面粘接性能均优于GF/PPESK复合体系.三种纤维复合材料的破坏机理不同:玻璃纤维发生纤维与树脂的界面脱粘破坏,碳纤维复合材料在破坏时,树脂与纤维并没有完全脱粘,破坏发生在树脂内;而芳纶纤维复合材料的破坏总伴随着纤维本身横向的撕裂破坏.三种复合材料体系均具有较低的吸湿率和良好的耐湿热性能,T700/PPESK复合材料在湿热条件下的性能保持率最高.     

连续纤维增强SiC复合材料制备工艺与性能研究进展

综述了国内外碳纤维与碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备工艺与性能的研究进展,并介绍了其氧化性能及防护措施.认为连续纤维增强SiC复合材料的制备工艺复杂,成本较高,生产周期长,但是如果采用连接技术制备成陶瓷/金属复合构件使用,既有利于降低成本,又能够扩大该先进陶瓷基复合材料的应用范围.目前,国内对连续纤维增强的SiC复合材料与金属(如高温合金等)的连接技术研究较少.     

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。     

疲劳对铝基SiC纤维增强复合材料界面性能影响

采用单纤维碎断法(Fragmentation)及声发射技术研究了富SiO₂处理的SiC纤维增强铝基复合材料经一定疲劳载荷后的界面接合强度。发现疲劳与未疲劳状态对实验机刚度的测量影响极大, 这将直接影响纤维断裂强度的计算。采用直接溶出法测量经热压处理的纤维断裂强度,发现复合工艺对纤维的强度没有损耗,这与Clough关系的预测有巨大的差异。经一定周次疲劳后,纤维的临界长度增加,界面接合强度有所降低。      

连续SiC纤维增强金属基复合材料研究进展

SiC纤维增强金属基复合材料具有高的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐高温等优异的综合性能,在实际应用中具有广阔的前景。本文主要总结了SiC纤维增强金属基复合材料的研究进展,分别阐述了SiC纤维增强铝基、钛基、铜基、镍基复合材料存在的问题、解决办法及应用现状。最后指出了限制复合材料实际应用的几点因素,包括:成本问题、界面问题、各向异性以及缺少质量检测评估体系。     

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。     

纤维增强水凝胶基复合材料的制备和纤维屈曲行为

水凝胶在组织工程、药物输送、以及智能驱动器等领域有着广阔的应用前景,尤其是纤维增强水凝胶基复合材料,对于具有纤维结构的软骨替代材料的设计有着重要的研究价值。本文提出了一种将弹性纤维定向添加到PAAm水凝胶基体中的制备方法,并研究了沿垂直于纤维方向拉伸时复合材料薄膜的力学行为。研究结果表明,当复合材料薄膜伸长比达到一定程度时,纤维发生屈曲失稳。通过理论分析,得到了纤维增强型PAAm水凝胶中纤维的屈曲临界伸长比。本文的研究将为纤维增强水凝胶基复合材料的设计及性能优化提供支撑。     

近熔态扩散新工艺制备SiC纤维增强Al基复合材料的界面分析

采用近熔态扩散新工艺制备了SiCf /Al(5A02)铝合金基复合材料,采用透射电镜(TEM)和X射线能谱 (EDX)分析了界面产物和反应机理.与采用传统固态扩散法制备的样品相对比,样品界面处没有形成脆性相Al4C3,且Al2O3被MgO取代;而固态扩散工艺制得的样品界面处发现针状或块状的Al4C3在C涂层或附着在C涂层上的Al2O3边缘形成,并向基体中生长,破坏了界面的连续性.采用近熔态扩散法制备的样品由于合金元素Mg在从半液态冷却过程中偏聚到界面附近,并与Al2O3发生反应,生成细小的MgO颗粒,阻碍了C的扩散,并抑制了脆性相Al4C3的形成,有利于对界面有害反应的控制.     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.