SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf／Ti）容易发生界面反应，从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究，对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf／Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学，发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC，长期高温热处理使得界面反应加剧，TiC层加厚，当C涂层完全消耗后，界面反应层中除了TiC外，还出现了Ti3SiC2。研究表明，界面反应层的加厚受元素扩散控制，服从抛物线规律，求出的动力学参数Q为268．8kJ／mol，k为0．0057m/s1/2。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2.还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理.     

SiCf增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面反应

利用透射电子显微镜（TEM）对SiC纤维（SiCf)增强Ti-48Al-1.5Mn复合材料的界面区域进行了分析。结果表明，在材料的复合过程中，SiCf与γ－TiAl基体之间发生了化学反应，形成了TiC1-x,Ti5Si3和Ti2AlC等一系列产物，并对这些产物的形成机制进行了分析。在高温条件下，C，Si原子从纤维向基体扩散和Ti,Al,Mn等原子从基体向纤维扩散，发生了界面反应。     

SiC_f/Ti-43Al-9V复合材料的基体微观组织

采用箔-纤维-箔法和1150℃/150 MPa/30 min的真空热压工艺成功制备了SiCf/Ti-43Al-9V复合材料,并使用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪对该复合材料微观组织的形成进行了研究。结果表明,制备过程中SiC纤维与TiAl基体合金发生反应,并形成一定厚度的反应层;基体组织为等轴晶,粒径约为8μm,与原始合金组织相比明显细化;从反应层到远处的TiAl基体合金,基体合金的组织由全γ相转变为α2/γ片层组织、γ晶粒和晶间B2相的混合组织。其中全γ相区域的厚度为2～4μm,并围绕纤维分布。根据Ti-Al-V相图、C原子和V原子的扩散,分析了这两个基体区域的形成机理,并结合热压成形过程中的塑性变形和变形储存能,解释了基体合金晶粒大小的变化。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响.研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用.经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大.     

SiCf／Ti-6AI-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和x射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6AI-4V复合材料的界面反应，发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6AI-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC，而无C涂层的SiCf／Ti．6AI．4V的界面反应产物，从SiC纤维到Ti-6AI-4V基体，依次为细晶粒的TiC＋Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC。观察表明C涂层的厚度差别较大。     

SiCf/Ti65复合材料界面反应与基体相变机理

采用磁控溅射先驱丝法并结合热等静压技术制备了SiC_f/Ti65复合材料,对其在650、750、800和900℃进行了长时间热暴露实验。结果表明,热等静压和热暴露过程中,SiC_f/Ti65复合材料内部各元素同时参与界面互扩散和基体相变扩散。热等静压后,SiC_f/Ti65复合材料界面反应层产物主要为TiC,基体中相变产物为等轴的(Zr, Nb)_5Si_4。热暴露过程中,界面反应逐渐生成了Ti_5Si_3和(Zr, Nb)_5Si_4,基体相变则有了Ti_3(Al, Sn)C和TiC生成。SiC_f/Ti65复合材料反应层长大激活能为93 kJ/mol,该材料界面可以在650℃及以下温度长时间保持稳定。     

热处理对SiC/Ti-6Al-4V复合材料力学性能的影响

测定了经过900℃不同时间热处理的SiC/Ti-6Al-4V复合材料的拉伸强度,并采用全局载荷分配模型计算了复合材料的强度。发现长时间热处理后,复合材料强度的计算值与实测值吻合很好,但该模型对未经热处理的制备态试样的预测值偏高。扫描电镜和透射电镜微观分析表明,随着热处理时间的延长,SiC/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应区增厚而SiC纤维的C涂层逐渐消耗,复合材料的界面结合强度逐渐增加但抗拉伸强度逐渐下降。界面反应形成的反应产物主要为TiC,在C涂层消耗完的区域还形成了Ti5Si3。界面反应是使复合材料力学性能变差的主要原因。     

SiCf／Ti-6Al-4V复合材料的界面性能

采用纤维推出法测量了SiCf／Ti-6Al-4V复合材料的界面剪切强度。结果表明，热压态碳涂层和未涂层纤维与基体的界面剪切强度分别为118．2MPa和230MPa，界面脱粘发生在碳涂层或纤维与界面反应层之间。500℃，600℃和800℃退火处理后，界面剪切强度均低于热压态的强度，随退火时间的增加，500℃处理后的界面剪切强度呈下降趋势，600℃和800℃处理后呈微弱上升趋势，而且800℃处理后，界面脱粘可发生在基体／界面反应层和碳涂层或纤维／界面反应产层2个界面。     

SiC纤维增强Ti55复合材料的界面研究

利用纤维涂层法(FMC)、结合热压工艺制备了SiC纤维增强Ti55基复合材料(SiCf/Ti55).主要研究复合材料在经不同条件真空热暴露处理后,其反应产物相形成的反应序列以及界面反应动力学.结果表明,仅C、Si和Ti等元素参与了界面反应.在1000 ℃热暴露时,SiCf/Ti55复合材料界面反应产物序列为SiC | Ti3SiC2 | Ti5Si3+TiC | TiC | Ti55.但是,在低温热暴露的复合材料中不存在Ti3SiC2相.SiCf/Ti55复合材料界面反应产物的生长受扩散控制且遵循抛物线生长规律,其生长激活能Qk及指数系数k0分别为198.16 kJ·mol-1,1.79(10-3 m·s-1/2.相比SiCf/Ti复合材料和SiCf/Ti2AlNb复合材料,SiCf/Ti55复合材料拥有一个高稳定性的界面.然而,相比SiCf/Ti600复合材料和SCS-6 SiCf/ super а2复合材料,SiCf/Ti55复合材料中的纤维与基体更容易发生反应,且界面层更容易生长.     

放电等离子烧结制备对Ni/SiCf界面反应的影响

SiCf增强镍基复合材料作为一种高强度轻量化的新型高温材料,受到材料前沿研究的关注.然而剧烈的界面反应阻碍了该材料的进一步发展.由于长时制备下界面反应剧烈,因此采用具有短时快速制备成型特点的放电等离子烧结工艺制备并研究了Ni/SiCf复合体系.利用SEM,EDS等表征方法对Ni/SiCf复合体系的界面形貌及元素分布进行...     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应扩散系数和微观扩散机理

采用三元体系半无限扩散偶的高斯方法,求解了SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应层中相关元素的扩散系数,计算的浓度分布和实测值一致.碳原子通过反应层的扩散服从间隙扩散机制,硅原子的扩散为空位扩散机制.由于碳扩散的振动能最低并且跃迁距离最短,而供硅扩散的空位不足,碳和硅在反应产物TiCx中具有最小的内禀扩散系数,分别为8.9403×10-16和4.7747×10-16 m2·s-1.研究表明,在SiC/Ti6AL4V复合材料界面反应的过程中,反应元素通过反应层TiCx的扩散是一个主要的控制步骤.     

热暴露对SiCf/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响

研究了热暴露对SiCf/Ti-6Al-4V复合材料热膨胀行为的影响。对基体合金、制备态复合材料、经900 ℃热暴露10, 25及75 h的复合材料的热膨胀行为进行了实验测量。结果表明,无论纵向和横向,热暴露的复合材料其热膨胀系数均高于制备态复合材料。且无论纵向和横向,经900 ℃热暴露10和75 h的复合材料热膨胀系数均高于经900 ℃热暴露25 h的复合材料。这是因为经900 ℃热暴露25 h的复合材料拥有较为合适的界面反应。另外,在对复合材料纵向热膨胀系数进行预测时,因为Schapery模型在整个加热过程中都考虑了热拉伸残余应力对复合材料热膨胀系数的影响,因此在CTE曲线的高温阶段,预测值低于实验值