等离子喷镀制造纤维增强钛基复合材料

连续纤维增强的钛复合材料是航空发动机压气机部件很有吸引力的材料，然而，它们的制造仍然是材料科学和工程的一个复杂课题．钛基复合材料（TMC）的应用使航空发动机压气机的设计从惯用的盘和燕尾叶片改为TMC叶状环．这种叶状环设计利用复合材料的纵向强度来传输高的圆周应力，并保持足够的横向强度来传输经向应力．制作的示范叶状环部件，预计减重达到70％；还用T14C制造了诸如致动器和压杆．所有TMC制造方法都要求连续的S江纤维和钛合金基体以正确的纤维取向和体积分数精心排列，以获得最佳的力学性能．在制备未加工的TMC预型坯过…     

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.     

锻造对(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织和高温性能的影响

利用Ti与B4C之间的化学反应，采用原位自生的方法制备了5％（体积分数）（TIB＋TiC）（4：1）／Ti-1100复合材料。用X射线和能谱进行了相分析，用金相显微镜（OM）和透射电镜（TEM）研究了锻造对复合材料组织的影响，并对铸态和锻造后的复合材料进行了高温拉伸对比试验。结果发现，利用该方法制备的复合材料中增强体分布均匀。锻造后复合材料由等轴状的α晶粒构成，α晶粒内部有大量的亚结构而且。晶粒的亚结构很不均匀，复合材料的强度和延伸率有很大的提高。锻造对复合材料的高温断裂方式也有明显的影响。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)具有良好的综合性能,但其横向性能低于钛合金基体,为了准确地预测SiCf/Ti复合材料的横向强度,提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf/Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维/基体界面脱粘强度,并分析了热处理工艺对界面脱粘强度影响规律,以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。复合材料横向拉伸试件采用箔-纤维-箔方法制备,每个试件的纤维层数为10层,纤维百分数为30%左右。在不同温度条件下测试复合材料的横向拉伸强度,拉伸温度分别为室温、300,400,550℃,通过对比实验结果和模型预测结果,模型预测的结果与实验结果的误差不超过5%。     

钛基复合材料的进展

综述了各种钛基复合材料的制备工艺、机械性能及其应用;展望了钛基复合材料的发展前景,建议大力开展对钛基复合材料的研究。     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti－Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料的强韧化     

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。     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti—Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料     

钕氧化物颗粒增强钛基复合材料的显微组织和性能

采用真空自耗电弧熔炼方法成功地研制了原位生成的稀土钕氧化物颗粒增强钛基复合材料.利用光学显微镜观察分析了显微组织.测试了材料的拉伸、热稳定性、持久和蠕变等力学性能.试验结果表明,稀土钕氧化物颗粒在基体上分布比较均匀,并在高温下具有良好的热稳定性.经过1030℃/0.5 h/AC 800℃/1 h/AC 700℃/2 h/AC处理后的钕氧化物颗粒增强钛基复合材料棒材具有良好的拉伸、持久、蠕变和热稳定性等力学性能.     

硼钛复合纤维拉伸曲线分析

研究了硼钛复合纤维在拉伸过程中的行为。结果表明:复合纤维的变形是由纤维的弹性应变与基体的弹塑性应变复合迭加而成。并且在纤维与基体结合十分牢固,基体组元体积分数又较少的情况下,复合纤维表现为高强度、高弹性模量及低塑性。将试验结果同理论计算模型进行了比较,所得结果基本一致。     

硼纤维增强钛基复合材料中的纤维断裂影响区域

研究了硼纤维增强钛基复合材料中纤维断裂后的影响区域,在裂纹扩展统计理论的基础上,经过理论分析和实验得到了1种合理的简化模型.结果表明,复合材料中1根纤维断裂后引起的应力再分布和应力集中明显影响其邻近的未断裂纤维.伴随着贯穿纤维的原始裂纹逐步扩展,其影响区域(即纤维的影响长度区域)亦逐步扩大.当增强纤维的体积分数较小时,金属基体的加工硬化也影响纤维和复合材料的破坏过程.     

SiC长纤维强化钛基复合材料环形件的制造新工艺

长纤维强化钛基复合材料 ( TMC)作为比强度、比刚度性能极优的耐热材料 ,有希望在航空航天得到应用。特别是圆周方向强化的高比强度 TMC可制作转动环件 ,能大幅度减重。日本学者河野亮等人用缠绕喷射击法制做了 TMC环件并对其进行了评价。试验基材为 SP-70 0 ,强化纤维为 Si C。在外径 94 mm,高 80 mm的 SUS30 4型芯表面缠绕直径为 0 . 1 4 mm、间距为 0 . 3mm的 Si C纤维 ,用低压等离子喷射将基材 SP- 70 0沉积到型芯上。喷射完成后磨削基体表面以消除表面不平。此工序反复进行 5次 ,制成预成形件。将预成形件放入不锈钢盒内真空封…     

烧结温度对生物医用钛基复合材料性能的影响

以钛粉和羟基磷灰石(HA)为原料,采用粉末冶金法制备了生物医用钛基复合材料,研究了烧结温度(1 200、1 300、1 400℃)对其显微组织、物相变化、致密化及抗压强度的影响。结果表明:合适的烧结温度可以使复合材料具有优良的显微组织及力学性能。当烧结温度为1 200℃时,HA已经发生分解并反应,且材料组织疏松;随着烧结温度升高,试样变得致密且显微组织粗大,同时生成TiP及CaTi_4(PO_4)_6等脆性相,其抗压强度反而降低。     

颗粒体积分数对高压扭转的SiCp/Al基复合材料拉伸性能影响

基于高压扭转法制备SiCp/Al基复合材料,采用金相显微镜、室温拉伸性能测试实验并结合断口扫描电镜观察,研究颗粒体积分数对SiCp/Al基复合材料的显微组织和拉伸性能的影响.结果表明:SiC颗粒体积分数越大,剪切应变量越小,SiC颗粒分布越不均匀,团聚越严重.试样抗拉强度和屈服强度随SiC颗粒体积分数的增加而增加,但塑性降低.拉伸断口韧窝尺寸大小不一.高压扭转的SiCp/Al基复合材料断裂属于韧性断裂与脆性断裂混合模式,但随着SiC体积分数越小,材料断口的韧窝和撕裂棱越多,韧性断裂特征变得更为显著.     

复合后硼纤维的拉伸强度分布特征及其分析

硼纤维的拉伸断裂由缺陷引发,其强度分布符合Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数。对热压复合前后的硼纤维的拉伸强度分布特征进行分析比较,热压复合过程对纤维的性能及拉伸强度分布特征有一定的影响,这主要是因为热压改变了纤维内部缺陷的类型和分布。     

TiNi形状记忆合金强化的钛基和铝基复合材料

机敏材料在受外部刺激时可作出相应反应 ,以补偿相应的变化或增强预想的效果。连续 Ti Ni SMA纤维增强剂可以改进材料高温下的屈服应力和断裂韧性 ,同时具有机敏材料的特性 ,属于机敏材料。用 SMA作增强剂强化机敏材料的原理是 ,埋入基体中的 SMA室温加载后由奥氏体向马氏体转变 ,加热后又发生逆转变。逆转变相变过程中 ,复合材料里的 SMA收缩 ,在 SMA内产生拉应力 ,基体内产生压应力。基体中的压应力是提高机敏材料拉伸性能的主要因素。1　复合材料的制备使用四种方法制造 SMA增强复合材料 :真空热压 ,热挤压 ,火花等离子烧结和包…     

SiCf/TC11复合材料拉伸行为研究

采用磁控溅射先驱丝法和热等静压工艺制备SiC_f/TC11复合材料,研究了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸性能及断裂机制。结果表明,SiC_f/TC11复合材料室温和500℃抗拉强度分别为1 530 MPa和1 553 MPa,明显高于基体TC11钛合金,与TC11钛合金相比,抗拉强度分别提升了～57%和～133%,纤维增强效果显著。通过观察SiC_f/TC11复合材料室温、500℃拉伸断口和纵剖面断裂特征,指出了室温和500℃拉伸断裂机制主要包括反应层多次断裂、纤维一次断裂、纤维多次断裂、纤维-基体界面脱粘、纤维拔出、W芯-SiC界面脱粘、基体断裂、包套断裂等,揭示了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸载荷下多组元失效断裂过程。     

等温挤压变形量对TiB+TiC增强钛基复合材料组织和室温力学性能的影响

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较好的颗粒增强TMCs,研究了挤压变形量对其微观组织演化及综合性能变化规律的影响。结果表明,挤压过程中增强体TiB晶须和TiC颗粒断裂并实现二次分布,使TMCs中增强体分布得到合理有效控制,当挤压比从7增大到10时,TiB晶须长径比明显减小,但随后趋于稳定。随着变形量增加,α相内发生连续动态再结晶,形成与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒。从力学性能测试结果可知,在温度较低的两相区(985℃)进行等温热挤压变形,DRTMCs强度可达1 111 MPa,延伸率为15.7%,实现了较好的强塑性匹配。     

原位TiC颗粒强化的Fe-Cr-Ni基复合材料的拉伸性能

研究了原位TiC颗粒强化的Fe-26Cr-14Ni基复合材料的常温和高温拉伸性能,分析了该复合材料的断裂特征,结果表明,含5％和10％（体积分数,下同）的TiC复合材料的常温和高温综合拉伸性能明显高于基体合金;TiC含量为10％时具有最佳的高温拉伸性能,随着TiC体积分数的提高,复合材料的常温断裂由韧性断裂向脆性断裂转变,该复合材料的高温断口形貌主要呈现出韧性断裂的特征。     

钛基复合材料的红外渗透和连接

快速的红外工艺是最新开发出来的材料加工技术,它是通过快速的辐射加热来提供材料加工所需要的能量。对于金属基复合材料的制造和各种材料的连接来说,红外工艺是快速、有效和节能的方法,迅速的温度跃升和精确的温度控制相结合就能够加工出反应性非常强烈的复合材料。