原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料的微观结构与力学性能

利用钛与Ｂ４Ｃ之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔钐工艺原位合成制备了ＴｉＣ、ＴｉＢ增强的钛基复合材料。光学金相、ＥＰＭＡ、ＴＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明：存在匠两种不同形状的增强体,即短纤维状ＴｉＢ晶须和等轴、近似等轴状ＴｉＣ粒子。ＴｉＢ、Ｔｉ基体界面洁净,没有明显的界面反应,而ＴｉＣ、Ｔｉ基体界面有非化学配比的ＴｉＣ过度层存在。由于增强体承受载荷,基体合金晶粒细化以及高密度位错的存在,制备钛基     

TiC和TiB混杂增强钛基复合材料研究新进展

混杂增强是获得高性能复合材料的有效方法,它可以兼顾2种或多种增强体的特点,使之起到相互弥补的作用,特别是由于产生的混杂效应将明显提高或改善单一增强材料的某些性能,从而扩大材料设计的自由度。因此,对于TiB与TiC原位自生混杂增强钛基复合材料方面的研究将很有意义。本文从制备方法、界面与组织及性能方面对TiC和TiB混杂增强钛基复合材料进行了详细阐述。     

原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征

利用钛与石墨之间的自蔓燃高温合成反应经普通的钛合金铸造工艺制备了TiC增强的钛基复合材料。借助X射线衍射仪、光学金相显微镜和透射电镜分析了钛基复合材料的物相组成和增强体的微观结构。结果表明 :复合材料由TiC增强体和基体钛合金组成。TiC显示两种不同的形态 :树枝晶状和等轴或近似等轴状。原位合成的增强体TiC以溶解析出的方式生长。从二元相图分析 ,凝固过程经历三个阶段 :初晶TiC ,二元共晶 β Ti TiC和固态相变。由于成分过冷的形成 ,初晶TiC以树枝晶的形态生长。二元共晶TiC以等轴或近似等轴状生长。少量的TiC在形核与长大的过程中形成孪晶结构 ,孪晶面是 (111)面     

原位合成多元增强钛基复合材料(TiB+TiC+Y2O3)/Ti

利用钛与B2O3、B4C和稀土钇之间的化学反应,采用真空非自耗电弧炉熔炼工艺,原位合成多元、多尺度、不同形状增强体增强的钛基复合材料--(TiB TiC Y2O3)/Ti.利用热力学机理分析了制备该种材料的可行性,通过X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、电子探针和透射电镜分析了复合材料的物相组成、增强体的微观形貌和材料的显微组织.结果表明:复合材料的增强体为TiB、TiC和Y2O3;生成的增强体分布均匀;复合材料的晶粒非常细小;TiB为针状;TiC为等轴状和近似等轴状;Y2O3的形貌随着稀土Y含量的增加从近似等轴状粗化生长为树枝状;材料中存在较多纳米级的球状增强体;增强体TiB、TiC、Y2O3和钛基体界面干净,没有界面反应物存在.     

原位合成(TiB+TiC)/7715D钛基复合材料的超塑性

采用普通的熔炼方法,利用钛与B_4C之间的化学反应制备7715D钛基复合材料.将该复合材料热加工后得到具有网篮组织的TiC和TiB混合增强的钛基复合材料,在900～1 050 ℃、初始应变速率为10~(-2)～3×10~(-4) s~(-1)时采用材料试验仪测量该钛基复合材料的力学性能.结果表明:该复合材料的室温和高温力学性能均有提高.在1 000 ℃、应变速率为3×10~(-4)s~(-1)时,所得复合材料的最大伸长率为625%,其真应力-真应变曲线呈二次硬化现象,该复合材料超塑变形性能良好.计算所得表观激活能为359～473 kJ/mol;超塑变形过程中的动态再结晶是网篮钛基复合材料获得较高伸长率的重要原因;合适的应变速率能促使网篮钛基复合材料发生动态再结晶,而合适的温度则能在促进超塑变形的同时限制晶粒长大;动态再结晶和晶粒的长大使真应力-真应变曲线中出现二次硬化现象.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的内应力

利用X射线衍射技术测试了TiC颗粒增强钛基复合材料Ti-6Al-4V 7％TiC(质量分数，下同)(T64)，Ti-3Al-2．5V 7％TiC(T32)和Ti-6Al-2．5Sn-4Zr-0．5Mo-1Nb-0．45Si 3％TiC(T650)的内应力。发现该复合材料在800℃左右存在一个应力性质转变点，即在800℃以上处理，钛基体感生残余拉应力，增强TiC颗粒感生残余压应力；在800℃以下处理，应力性质相反。并且内应力随处理温度升高而增加，由Eshelby模型得出，该转变点和钛合金基体的相变点有关。     

不同(TiB+TiC)含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

利用海绵钛与B4C粉末之间的自蔓延高温合成反应,经普通熔铸工艺制备了TiB晶须和TiC粒子增强的钛基复合材料.研究了不同TiC、TiB含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响.     

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变

研究了TiC颗粒增强钛基复合材料增强颗料和基体之间的不均匀形变,得出颗粒和基体之间的形变过程中产生形变摩擦阻力,通过弹塑性力学计算出的TiC/Ti界面上颗粒阻碍基体变形力为TiC强度的0．6倍,阻碍基体中滑移的进行,使基体得到强化。另一方面,当界面上的形变应力同基体的某个晶面形成位错源时,可放出位错环,使应力得到释放,同时增加基体的位错密度,位错互相缠绕形成胞状亚结构,强化基体。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的形变断裂

通过对ＴｉＣ颗粒增强钛基复合材料断裂研究表明：ＴｉＣ颗粒的缺陷比例对复合材料的断裂裂纹扩展速率有较大影响。形状规则且无缺陷的粒子在受力的初期不易破断,可较大提高裂纹扩展所需。反之,易破碎的粒子则增加了裂纹尖端的扩展应力,提高了裂纹扩展速率。适当的热处理可提高裂纹扩展所需塑性功,从而在一定范围内改善复合材料塑性。     

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。     

反应物形态对原位生长陶瓷粒子增强铝基复合材料微观结构和拉伸性能的影响

对Ｔｉ－Ａｌ－Ｂ,ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ和ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ２Ｏ３三个体系利用反应热压方法制备了原位ＴｉＢ２粒子增强Ａｌ（ＴｉＢ２／Ａｌ）和原位Ａｌ２Ｏ３,ＴｉＢ２粒子增强Ａｌ（Ａｌ２Ｏ３·ＴｉＢ２／Ａｌ）复合材料．Ｔｉ－Ａｌ－Ｂ体系中形成的ＴｉＢ２为最大尺寸可达５μｍ的具有一定长宽比的块状或棒状粒子,此外还有一定量尺寸可达几十微米的不规则块状Ａｌ３Ｔｉ生成．ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ体系中形成小于２μｍ等轴的Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２粒子,基本没有Ａｌ３Ｔｉ生成．ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ２Ｏ３体系中除细小等轴状的Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２粒子外,还生成尺寸为几十微米的条状Ａｌ３Ｔｉ．拉伸试验表明,由ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ体系制备的复合材料具有最高的强度和塑性．对三个体系所制备复合材料差异的微观结构和性能做出了解释．     

Al2O3,TiB2粒子增强铝基复合材料的动态压缩性能和高温蠕变性能

对ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ和ＴｉＯ２－Ａｌ－Ｂ２Ｏ３体系制备的两种Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２原位粒子增强铝基复合材料进行了动态压缩试验和高温拉伸蠕变试验。动态压缩试验表明,随着应变速率的提高,复合材料的强度和初始加工硬化率明显增加。然而,复合材料中含有的条状Ａｌ３Ｔｉ对复合材料的动态机械响应基本没有影响。透射电镜观察表明,在高应变速率下两种复合材料强度和初始加工硬化率的明显提高可由复合材料基体中位错密度的显著     

原位AlN-TiC粒子增强铝基复合材料

在真空感应炉中，900-1200℃，以合适的方位将含N，C原子的气体注入熔融的含Ti等的铝合金中，直接原位反应生成0．2-1．2μm的AlN和2-5μm的TiC粒子，均布于铝合金基体中，制成性能优异的复合材料，本工艺具有增强颗粒生成速度快的特点。     

SiCp尺寸及其体强度对铝基复合材料破坏机制的影响

对粉末冶金法制备的尺寸分别为３,５,１０,２０μｊ的ＳｉＣｐ增强Ａｌ－Ｃｕ基复合材料的拉抻断口及ＥＤＸ成分上尺寸大于１０μｍ时,复合材料的破坏因于ＳｉＣｐ解理形成的裂纹：增强相尺寸为３．５μｍ时,复合材料的破坏则归因为ＳｉＣ－Ａｌ界面撕裂形成空洞和裂纹,拉伸试验表明,小尺寸ＳｉＣｐ增强的复合材料人有拉伸强度及延伸率。     

原位合成ZrC颗粒增强锆基非晶复合材料及力学性能

利用zr与TiC粉末之间的原位反应经铜模铸造方法制备了zrC颗粒增强zr41Til4Cul2.5Ni10Be22．5块状非晶复合材料结果表明：原位合成的ZrC颗粒尺寸细小、形状规整并均匀地分布在非晶基体上．与锆非晶合金相比，复合材料的压缩强度得到提高，塑性得到改善．对ZrC颗粒原位合成及强化机理进行了讨论．     

SiC_p尺寸及基体强度对铝基复合材料破坏机制的影响

对粉末冶金法制备的尺寸分别为3．5,10,20μm的Sicp增强Al-Cu基复合材料的拉伸断口及EDX成分分析表明,增强相尺寸大于10μm时,复合材料的破坏归因于SiCp解理形成的裂纹;增强相尺寸为3．5μm时,复合材料的破坏则归因为SiC-Al界面撕裂形成空洞和裂纹.拉伸试验表明,小尺寸SiCp增强的复合材料具有高的拉伸强度及延伸率.低强度复合材料由于基体强度降低,塑性增加,破坏过程主要表现在拉伸载荷下SiCp附近铝基体的空洞形核、长大和聚合.     

INTERFACE REACTION OF TiC_p-REINFORCED Ti-MATRIX COMPOSITE

ＩＮＴＥＲＦＡＣＥＲＥＡＣＴＩＯＮＯＦＴｉＣｐＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤＴｉＭＡＴＲＩＸＣＯＭＰＯＳＩＴＥ①ＺｅｎｇＱｕａｎｐｕ，ＭａｏＸｉａｏｎａｎ，ＬｕＦｅｎｇＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＮｏｎｆｅｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，...     

原位Al2O3和TiB2粒子增强Al-Cu合金基复合材料的制备和性能

由ＴｉＯ２ＡｌＢＣｕＯ体系制备了原位Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２粒子增强Ａｌ３．２％Ｃｕ和Ａｌ６．０％Ｃｕ合金基复合材料。Ｘ射线衍射分析表明，在两种复合材料中均有Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２生成，没有发现Ａｌ３Ｔｉ相产生。原位生成的Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２粒子为尺寸小于２μｍ的等轴状粒子，在Ａｌ基体中均匀分布。室温拉伸试验表明两种ＡｌＣｕ合金基原位复合材料具有很高的强度，并且随着基体合金中Ｃｕ含量的增加复合材料的强度增加。动态压缩试验表明，这种ＡｌＣｕ合金基原位复合材料的强度对应变速率是不敏感的，这可由不同应变速率变形后的复合材料基体中位错密度大致相同来解释。高温压缩蠕变试验表明，两种复合材料均表现出高的显态应力指数。随基体合金中Ｃｕ含量的增加复合材料的蠕变抗力明显提高。     

石墨纤维增强镁基复合材料界面

石墨纤维增强镁基复合材料由于基体中加入了铝元素，其界面情况变得较为复杂。对采用真空压力浸渍法制备的俄罗斯产石墨纤维增强ＺＭ５镁基复合材料在透射电子显微镜下观察发现，界面结合良好，基体与纤维间无化学反应，但存在着大小形状不同的析出物，经电子衍射和ＥＤＳ能谱分析为γＭｇ１７Ａｌ１２相；在近界面区域也有γ相存在，并且与镁基体存在一定的位向关系；同时在界面附近存在着大量位错和孪晶等晶体缺陷。