W纤维增强Zr基非晶复合材料的界面研究现状

评述了W纤维增强Zr非晶合金复合材料的界面润湿行为、界面反应和残余应力等研究现状,分析了影响复合材料界面的因素,讨论了控制和优化界面特性的途径和方法.     

W丝增强块状非晶基复合材料单轴压缩形变的研究

利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜，研究了室温单轴压缩下W丝增强块状非晶基复合材料的形变特征，结果表明：非晶基体内产生了大量的剪切带，剪切带分布特征与W丝密切相关；非晶基体的微观结构发生了改变，局域内自由体积显著增加。     

W丝/Zr基非晶合金复合材料动态拉伸断裂模式研究

采用霍普金森杆拉伸技术研究了W丝体积分数为80%的W丝/Zr基非晶合金复合材料的动态拉伸性能,通过扫描电镜研究了该复合材料动态拉伸断裂模式.结果表明:随着打击速度增加,复合材料动态拉伸强度和断裂应变总体呈上升趋势;复合材料的动态拉伸断裂模式以钨丝解理断裂为主导,伴随非晶合金基体产生脉纹状花样和钨丝劈裂;脉纹状花样的形态不同于在动态压缩条件下所形成的,不存在"尖脊"形貌.     

纤维体积分数对莫来石短纤维增强ZL107合金复合材料高温蠕变的影响

研究了莫莱石短纤维增强ＺＬ１０７复合材料中纤维体积分数的变化对其在３００℃时的高温蠕变性的能的影响。实验结果发现，随着纤维加入量从０到８％，２０％的增加，复合材料的高温抗蠕变性能随之提高。在本实验中，增强相的间接强化作用比直接强化作用更大。     

半固态等温热处理对Zr基非晶复合材料塑性变形机制的影响

通过添加不同体积分数的Nb,本工作设计了一系列Zr基非晶复合材料,主要研究了Nb含量对铸态、半固态非晶复合材料的微观组织及塑性性能的影响。结果表明:非晶复合材料塑性应变量随晶体相(β-Zr相)体积分数增加而呈现S型增强规律。半固态等温处理后的非晶复合材料塑性提升,但其塑性增长率随Nb含量增加而减小。当D_C(当量直径)/■(平均自由程间距)≥0.65时,β-Zr相体积分数出现最小临界阈值35%,此时材料塑性开始迅速提升;■时,β-Zr相体积分数超过54%后,材料塑性保持稳定,进一步说明非晶复合材料塑性与β-Zr相体积分数有关。     

新型Zr—Nb基大块非晶合金的形成及性能

本文用耒淬法制备Ｚｒ－Ｎｂ基大块非晶合金;并采用ＤＳＣ热分析法测定了该种合金的玻璃转变温度和热稳定性。采用超声检测方法精确测定了材料的声学性能,由此计算得到一组大块非晶合金的弹性性能参数。     

高强度Zr基大块非晶合金的研究进展

Zr基大块非晶合金具有极大的非晶形成能力,能在较低的冷却速率(＜103K/s)下用铜模铸造法制备.Zr基大块非晶合金的强度高达1.8GPa,具有高耐腐蚀性和优异的加工成形性能,在实际工程中有着广阔的应用前景.综述了Zr基大块非晶合金的制备方法、性能特点及主要应用,介绍了国内外在该领域的主要研究进展和研究动态.     

晶化分数对钛基非晶复合材料热塑性成形能力的影响

目的 研究晶化分数对原位晶化钛基非晶复合材料热塑性成形能力的影响,优化Ti基非晶复合材料的制备和设计。方法 首先采用电弧熔炼和铜模铸造制备出成分为Ti45Zr20Be29Fe6和Ti45Zr20Be29Cu6的非晶合金,通过连续加热DSC及等温DSC研究其晶化动力学,然后根据得到的等温晶化规律制备不同晶化体积分数的非晶复合材料,并通过静态热机械分析(TMA)表征其热塑性成形能力。结果 Ti45Zr20Be29Fe6在406 ℃与411 ℃时,等温晶化过程为形核率随时间增大的形核长大过程;Ti45Zr20Be29Cu6在370,375,380,385 ℃时,等温晶化过程为形核率随时间减小的形核长大过程;XRD物相分析表明,等温处理后Ti45Zr20Be29Fe6和Ti45Zr20Be29Cu6的析出相分别为β-Ti和α-Ti2Zr;两种内生复合材料的热塑性成形能力均随晶化相体积分数的增大而降低,且Ti45Zr20Be29Fe6基体复合材料的热塑性成形能力比以Ti45Zr20Be29Cu6为基底的复合材料更好。结论 晶化分数增加会降低钛基非晶复合材料的热塑性成形性能,且其影响程度与复合材料的基体和晶体第二相的特性有关。     

纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料力学性能的影响

本文研究了纤维体积分数对三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称K3D／MCPA)复合材料力学性能的影响。研究表明，K3D／MCPA复合材料有优异的抗冲击性能，冲击强度比三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙(简称C3D／MCPA)和纯基体均有大幅度的提高，且随着纤维体积的提高而升高。K3D／MCPA复合材料剪切强度随纤维体积比的增大而增大，其纵向剪切强度低于纯基体和C3D／MCPA复合材料，但其横向剪切强度高于它们。K3D／MCPA复合材料弯曲强度与弯曲模量随纤维体积比的提高而提高，但与相同体积比的C3D／MCPA相比，K3D／MCPA的弯曲强度与弯曲模量均较低。     

不同纤维体积分数CVI 炭/ 炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI) C/ C 复合材料的最佳热处理工艺, 以40 %、30 %、25 %三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体, 经三次CVI 后制得C/ C 复合材料, 采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVI C/ C 复合材料试样未经热处理及经2200 ℃、2400 ℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明: 三次CVI 热解炭均为光滑层结构, 且纤维体积分数越高, C/ C 复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化, 应力石墨化程度前者大于后者, 这是纤维体积分数高的C/ C 复合材料石墨化度高的原因; 热处理温度越高, 应力石墨化程度越大。      

塑性钛基非晶复合材料的制备及性能

通过铜模喷铸法成功制备了一系列内生β-Ti(Zr, Nb)枝晶增塑的Ti-Zr-Nb-Cu-Be非晶复合材料, 研究了成分对枝晶体积分数及尺寸的影响及其对复合材料力学性能的调节作用。结果表明, Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅合金压缩强度达到2061 MPa, 塑性变形高达22.5%, 表现出优异的综合力学性能。 非晶复合材料的塑性不仅与β-Ti(Zr,Nb)枝晶相的体积分数有关, 而且受到枝晶尺寸的强烈影响, 在一定体积分数条件下, 枝晶相的尺寸越大, 对剪切带的阻碍作用越明显, 合金的塑性越高。     

纤维含量和热处理对炭/炭复合材料性能的影响

研究了炭纤维体积分数和预制体热处理温度对炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明,随着预制体中炭纤维体积分数的增加炭/炭复合材料的硬度逐渐增加,但当炭纤维的体积分数大于30%时,炭/炭复合材料硬度增加的幅度减小.炭纤维体积分数的增加对炭/炭复合材料硬度的影响有两个相反的作用,纤维的增强作用将使硬度增大,而孔隙率的增加将导致硬度的减小.炭/炭复合材料的抗弯强度随着纤维体积分数的增加而增加,但因纤维体积分数的增加会导致孔隙减小.致使热解炭不能充分地渗透填充到纤维间的孔隙内,抗弯强度下降,所以随着纤维体积分数的增加,材料的弯曲强度会出现拐点.随着预制体热处理温度的不同,炭/炭复合材料有脆性断裂、整束纤维拔出的假塑性断裂和部分炭纤维拔出的假塑性断裂三种断裂机制.     

Synthesis and property of short tungsten fibre/Zr-based metallic glass composite

The short tungsten fibre reinforced Zr_41.2Ti_13.8Ni_10.0Cu_12.5Be_22.5 bulk metallic glass composites with macroscopic isotropic mechanical properties were prepared by infiltration and rapid solidification. The diameters of the tungsten fibres are 300, 500 and 700?µm with a length of 1000?µm and the fibre volume fraction in three kinds of composites is between 60 and 65%. The room temperature compressive deformation behaviours of these composites were investigated systematically. The results show that the strength and plasticity of the composites increase with the decrease in the tungsten fibre diameter. The maximum compressive strength and plastic strain of the composite with 300?µm fibre, respectively, reach 3079?MPa and 37%. The fracture modes of all the composites are shear fracture. The superior compressive property of the composites with short tungsten fibre is due to the competition among different fracture modes and the inhibition effect of the interface on the shear band extension.     

内生非晶复合材料组织与力学性能调控研究进展

非晶合金因其独特的短程有序、长程无序原子结构特征, 使其具有了一系列优异的力学、物理、化学等性能, 在先进金属结构材料领域具有巨大的潜在应用价值。但非晶合金在室温承载变形时, 原子团簇发生剪切转变形成的大量自由体积会演化为高度局域化剪切带, 局域化剪切带由于缺乏介质的阻碍会发生失稳扩展, 导致非晶合金极易发生室温脆断, 特别单轴拉伸时基本无塑性。为克服这个缺憾, 研究者们提出将微米级尺寸的晶体相引入非晶来抑制剪切带的失稳扩展, 使得内生第二相增韧非晶复合材料具有了明显的拉伸塑性能力, 因此倍受材料学界的关注。近年来, 研究者们陆续通过成分设计、制备技术、热处理工艺等方法来实现非晶复合材料的塑性变形能力的提升, 使得非晶复合材料有望走向实际的工程应用。本文围绕内生第二相增韧非晶复合材料的微观组织调控这一关键科学问题, 从影响非晶复合材料微观组织结构的因素(合金成分设计、制备工艺参数、微观结构构筑等)到微观组织对其室温力学性能的影响机制两方面的研究成果进行了系统总结, 重点阐述了近10年来内生第二相增韧非晶复合材料领域组织调控及其室温力学性能关联性方面的研究进展, 并且对内生非晶复合材料研究领域目前的存在的问题和挑战进行了展望, 以期为高强高韧内生第二相增韧非晶复合材料的设计与制备提供理论参考。     

Enhanced plasticity of Zr-based bulk metallic glass composite by in situ formed β-Zr dendritics

A Zr_56.2Ti_13.8Nb_5.0Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5 bulk metallic glass composite with enhanced plasticity by in situ formed bcc β-Zr solid solution was prepared by water quenching. The ductile β phase with a volume fraction of about 30% possesses a developed dendritic morphology. The composite exhibits a pure plastic strain of 10.2% combined with a large elastic strain limit of 2% and a high ultimate strength of 1778 MPa upon room-temperature compression. Microscopic observation shows numbers of wave-like shear bands distributed on the surface of the compressive samples. Translated from Acta Metallurgica Sinica, 2006, 42(3): 331–336 [译自: 金属学报]     

金属玻璃基复合材料的微结构效应

基于自由体积理论和Ramberg-Osgood模型,并利用ABAQUS软件,建立颗粒随机分布代表性体积单元模型,模拟了Ti_(64.5)Zr_(14.5)V_(18.5)Cu_(2.5)颗粒增韧Ti基金属玻璃基复合材料在单轴拉伸状态下的微结构效应,讨论了颗粒的体积分数、团聚数目、长径比、定位取向和界面对金属玻璃韧性的影响。结果表明:提高颗粒体积分数能显著提高复合材料的塑性,但部分牺牲了复合材料的强度;增大颗粒长径比能够增强复合材料的塑性和屈服强度;使颗粒的取向与荷载方向成90°或0°,不仅增强了复合材料的塑性,而且与其他排布相比也增强了复合材料的强度;减少团聚数目至2个以下,能明显减少金属玻璃基复合材料的塑性和强度的损失,使团聚中颗粒与荷载成90°,却能改善复合材料的塑性和强度;在颗粒增韧金属玻璃基复合材料中加入零厚度界面,能观察到在主剪切带上颗粒和基体在界面处脱粘,得到与实验现象更加吻合的结果。通过上述的研究能够很好地理解复合材料的微结构效应,并有利于材料的设计。     

形状记忆合金的力学及界面参数和体积分数对大块金属玻璃基复合材料增韧的影响

采用考虑塑性的超弹性材料模型和基于损伤塑性的准脆性材料模型,建立了三维单胞有限元模型,模拟了形状记忆合金颗粒增韧大块金属玻璃基复合材料的单调拉伸行为。讨论了形状记忆合金的力学参数、体积分数、界面厚度和界面材料参数对金属玻璃增韧效果的影响。结果表明:提高形状记忆合金的相变应变和马氏体塑性屈服应力将显著提高形状记忆合金颗粒增韧大块金属玻璃基复合材料的拉伸失效应变;形状记忆合金弹性模量超过50.0GPa、马氏体塑性屈服应力超过1.8GPa后,复合材料的拉伸失效应变变化不大。能同时兼顾失效应变和失效应力的形状记忆合金体积分数为15%左右。复合材料界面弹性模量和界面屈服应力的增加将提高复合材料的失效应力,但对失效应变影响不大;复合材料界面厚度的增加在提高失效应变的同时,也降低了复合材料的失效应力。     

金属玻璃基复合材料的制备及断裂韧性测试

采用铜模吸铸法制备了(Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.30)100-xTix(x=0、2、4、6、8)板状哑铃型金属玻璃基复合材料试样。用X射线衍射(XRD)、岛津AG-10TA万能材料力学试验机和JSM-6700F场发射扫描电子显微镜(SEM)对试样的组织结构以及断裂韧性进行了测试。结果表明,当x=0、2、4时,试样为非晶-晶体复合材料,当x=6、8时,试样为晶体材料。表明通过调整Ti的含量可以制备出金属玻璃基复合材料。采用三点弯曲法测定了复合材料的断裂韧性,当x=0、2、4时,试样的断裂韧性KIC值分别为10.529、5.142和3.446MPa.m1/2。     

Effect of Er on properties of Zr-based bulk metallic glasses

(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xEr_x(x?=?0～6) bulk metallic glasses were fabricated by copper mould suction casting method, and the effect of Er on properties was studied. The compressive plastic strain (ε_p) and compressive strength (σ_max) at room temperature increases first and then decreases with the increase of Er content. The compressive plastic strain (ε_p) of the specimen is 35.1% when x?=?2.6, which is about eight times than that of the specimen with x?=?0. The compressive strength (σ_max) is 2513?MPa, which is much higher than that of the specimen with x?=?0. It indicates that Zr-based bulk metallic glasses could be strengthened and toughened by adding Er. The thermal stability decreases gradually and the glass-forming ability increases first and then decreases with the increase of Er content.     

钨丝/锆基非晶复合材料研究进展

钨丝/锆基非晶复合材料作为近20年新出现的穿甲工程材料,是一种极有可能替代具有放射性危害的贫铀合金和穿甲威力稍差的钨合金的新兴材料。自从钨丝/锆基非晶复合材料被制备出来以后,各学者先后对材料中钨丝和锆基非晶合金之间的界面接触强度、钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的参数、环境温度、应变率、仿真计算以及穿甲应用等方面进行了研究。研究表明,制备过程中保温温度,钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的排布方式、体积分数、直径,环境温度,应变率等因素都能对钨丝/锆基非晶复合材料的性能产生影响;随着计算机技术的发展,钨丝/锆基非晶复合材料的有限元仿真计算已经从等效模型发展到准细观建模,能够模拟其动静态压缩过程、侵彻过程,仿真结果和试验结果基本吻合;在应用方面,试验研究验证了钨丝/锆基非晶复合材料弹芯在侵彻过程中的"自锐"性能。文章概述了钨丝/锆基非晶复合材料在上述领域的研究进展并展望了该材料的发展方向。