SiC纤维增强钛基复合材料界面强度研究进展

综述SiC纤维增强钛基复合材料界面强度的影响因素、微观实验测试技术以及数值模拟技术。在此基础上着重分析了微观实验测试技术与数值模拟技术存在的问题，指出了界面强度定量研究的发展方向。     

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.     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

采用真空热压工艺制备了界面结合良好的SiC纤维增强钛基复合材料,并对其界面和SiC纤维进行了透射电镜分析.结果表明,针状β-SiC晶粒沿纤维径向生长,呈辐射状分布;在复合材料的热压制备过程中,Si和C由SiC纤维向钛基体扩散,Ti则向SiC纤维扩散,形成了TiC和Ti5Si3等产物.     

连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料界面反应速率、反应产物进行了研究.采用基体-纤维涂覆法和热等静压工艺,制备了连续W芯SiC纤维增强TC17复合材料.对复合材料进行不同温度、不同时间热暴露,通过SEM、TEM、EDS,表征分析了界面反应层厚度、界面处化学成分及界面反应产物类型.结果表明:C涂层能有效保护SiC纤维;界面反应层处的主要元素为Ti和C;制备状态试样的界面反应产物为TiC1-x,靠近C涂层的TiC1-x晶粒较细小,靠近基体TiC1-x晶粒较粗大;高温热暴露使界面反应加剧,反应层厚度增加,反应层的生长符合抛物线规律,反应的动力学参数为频率因子k0=1.33×10-3m·s-1/2,反应激活能Q=243.22 kJ·mol-1.     

SCS-6 SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

SCS-6 SiC纤维增强Super α2钛基复合材料界面反应较严重,其反应产物分布可达6层之多;SCS-6 SiC/Ti2AlNb及SCS-6 SiC/IMI834复合材料仅形成3-4层界面反应产物SCS-6 SiC/IMI834复合材料在界面处形成的S2硅化物可在一定温度下阻止反应的进一步进行,使复合材料具有很好的热稳定性.对界面反应热力学研究表明,Ti3Al+C→Ti3AlC反应导致了界面反应产物Ti3AlC的形成.     

SiC长纤维增强阻燃钛合金基复合材料的界面行为

研究了SiC／Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为。结果表明，SiC／Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析出物，在1000℃处理时，TiC析出物消失；SiC／Ti40复合材料界面反应厚度与处理时间的平方根呈线性关系，温度超过800℃，界面厚度明显增加；SCS-6SiC／Ti40复合材料界面产物为Ti5Si3。     

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。     

SiC长纤维增强钛合金基复合材料的界面研究

研究了SiC/TC4和SiC／Ti40复合材料在不同热处理态下的界面行为。结果袭明，SiC／Ti40复合材料相邻两纤维间存在TiC析出物，在1000℃处理后，TiC析出物消失；2种复合材料界面反应厚度随处理温度升高和时间延长而增大：SCS-6SiC／TC4和SiC／Ti40复合材料界面产物均为Ti5Si3。     

纤维强化钛基复合材料的横向拉伸性能

纤维增强钛基复合材料（TiMMCs）由于它的纵向比强度、刚度以及高温性能都比单一的钛合金有所改善，因而且用于航空发动机零件，扣压气机盘。这些企件在应用中既可产生轴向应力也可产生径向应力，因此，英国一家国防评价与研究机构的结构材料中心研究了四种TMMCh的横向技伸行为．所用钛合金基材是万一6AI－4y和IMI834（万一5．8周一4．ffin－3．SZr－0．7Nb－o．SMO－0．35St－0．06C），强化用的纤维采用徐碳的S江纤维（SMI140＋）和涂C八z大的SE纤维（SM1240）．由薄片曾焊工2制成板条，每个板条由6层～8层组成，再由权条制成…     

连续纤维增主基复合材料研究概况

重点了介绍了连续纤维境强钛基复合材料的３种复合方法,即箔材－纤维－箔材法、等离子喷射涂层法和物相沉积法,开发的强化纤维有ＳｉＣ纤维和Ａ１２Ｏ３单晶纤维,并介绍了它们的研究进展,最后讨论了一些复合材料的性能循呼复合材料的损伤评价技术。     

Finite Element Analysis of Push-Out Test of SiC Fiber Reinforced Titanium Matrix Composites

Based on the interphase layer model and the spring layer model, an improved interface model was developed to evaluate the interfacial shear strength of Titanium matrix composites(TMCs) and to analyze the effects of various parameters on the interfacial properties. The results showed that the improved interface model is more suitable for calculating the interfacial properties of SiC fiber reinforced titanium matrix composites. The interfacial shear strength of SiC/Timetal-834 predicted is 500 MPa. In additio...     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能研究

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料的氧含量为0.21~0.24 wt.%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36~0.41 wt.%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200 °C/2 h烧结制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为47.3 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。     

界面反应对SiC纤维增强钛基复合材料界面剪切强度的影响

利用考虑界面反应层的有限元模型,分析了界面反应对复合材料界面剪切强度的影响.有限元预测得出,界面剪切强度随着界面反应增强而增大.并且,建立了界面反应层厚度和界面剪切强度的关系式.     

非连续增强钛基复合材料研究新进展

非连续增强钛基复合材料由于具有各向同性、比强度高、优良的高温强度、成本较低等特点而受到高度关注。TiC及TiB增强颗粒以其稳定的复合结构、良好的增强效果得到发展,成为非连续增强钛基复合材料的最终优选增强剂。从制备方法、增强体与基体的界面结构及复合材料的性能等方面概述了非连续增强钛基复合材料的最新研究进展。     

SiC维纤增强钛基复合材料的疲劳裂纹扩展速率

用箔-纤维-箔法制备SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料,研究复合材料在加载频率f=10Hz、应力比R=0.1、最大应力σmax=300MPa条件下的疲劳裂纹扩展速率(da/dN),并采用扫描电子显微镜对疲劳破坏断口进行观察和分析。结果显示,在该加载条件下,复合材料第Ⅱ阶段疲劳裂纹扩展速率符合高斯函数。断口观察表明,复合材料的基体在裂纹稳态扩展区出现明显的疲劳条带,复合材料的疲劳损伤可以分为纤维断裂、基体开裂和纤维/基体界面脱粘等多种形式。     

颗粒增强钛基复合材料大塑性变形组织演变与性能研究

本研究采用大塑性变形实现了难变形微纳米颗粒(TiB+La₂O₃)复合增强Ti-6Al-4V钛合金等通道挤压变形(ECAP),深入研究了大塑性变形温度对复合材料组织演变的影响规律和超细晶形成机制。结果表明,材料经ECAP大变形后易于在基体形成超细晶,变形温度对超细晶形成机制有显著影响。变形温度较低时,易于在基体产生位错塞积和位错缠结；变形温度较高时,发生动态再结晶实现细晶强化,经800 ℃变形后抗拉强度可达1128 MPa,相比未加工时提升了18%。且增强体在界面微区诱发连续动态再结晶,实现晶粒的进一步细化。变形后TiB增强体平均长径比随变形温度的增加而减小,使得增强体与基体极易发生脱粘,无法有效承载,最终造成变形温度对强度影响并不明显；且增强体的脱粘,在基体中形成的孔洞易引发应力集中,造成裂纹萌生,降低材料塑性。     

Effects of Fiber Volume Fraction on Transverse Tensile Properties of SiC/Ti-6Al-4V Composites

采用有限元法分析了在残余应力和外加横向载荷作用下纤维体积分数对SiC/Ti-6Al-4V复合材料横向拉伸行为的影响。通过弹簧连接纤维与基体界面的重合节点来模拟界面脱粘。结果表明,在界面结合强度一定时,界面脱粘应力(对应于应力-应变曲线上应变的跳跃)受0°方向界面径向残余应力影响较大;在界面脱粘先于基体屈服时,复合材料失效应力(对应于应力-应变曲线上的水平部分)主要取决于纤维体积分数,且体积分数越低,失效应力越高。     

石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究

以多层石墨烯为增强体,通过熔炼锻造(MF)和粉末冶金(PM) 2种工艺分别制备出规格为Φ10 mm的石墨烯增强钛基复合材料棒材。石墨烯在凝固过程中以TiC枝晶形态析出,变形后呈细小颗粒,其中Ti和C原子比约为2∶1。石墨烯和球形钛粉经过机械合金化和变形加工,在基体中反应形成薄片层。MF工艺对应的棒材拉伸强度可达476 MPa,延伸率保持在28%; PM工艺对应的棒材拉伸强度可达487 MPa,延伸率保持在30%。PM工艺可形成尺寸较小的薄片状石墨烯增强体,强化作用提升,同时塑性没有显著下降。