非连续颗粒增强钛基复合材料制备技术与研究进展

颗粒增强钛基复合材料是一种重要的轻量化结构-功能一体化材料.在航空航天、空间技术、武器装备、能源和环境形势日益严峻的今天,这种轻质、高强、耐热颗粒增强钛基复合材料是航空航天技术、能源发展与交通运输等若干关键领域中不可替代的共性关键材料.从复合材料制备技术、基体和增强体选择,增强体分布设计,构型设计,热变形加工、超塑性加工、热处理、微观组织、力学性能以及工程应用方面综述了颗粒增强钛基复合材料的发展现状,提出了研究中存在的问题以及今后潜在的研究方向,为进一步推动和解决重大工程用复合材料大构件加工、精密成形制造的关键技术和装备提供指导,进而推动非连续颗粒增强钛基复合材料的深入发展.     

纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。     

未来的钛铝金属间化合物复合材料

本文讨论了钛铝金属间化合物（Ｔｉ３Ａｌ和ＴｉＡｌ）复合材料，着重于连接纤维增强的Ｔｉ２Ａｌ。与诸如超高合金类的常用高温材料相比较，这些复合材料具有一些非常可观的力学性能。然而，在将这些复合材料创造性地用于诸如高比推力发动机及航天飞机之类涉及环境要求的系统时，则必须首先解决耐环境性、抗疲劳性及高成本等问题。     

颗粒增强钛基复合材料的制备与性能

综述了颗粒增强钛基复合材料的制备方法,比较了它们与钛合金的机械性能,说明了研究颗粒增强钛基复合材料的重要价值。     

Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层的研究

以在Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层为目标,研究了以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基体上合成制备钛铝化物基原位自生TiC颗粒增强的复合材料涂层以及钛-钼系耐蚀钛合金涂层,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等分析了两种涂层的形貌、显微组织、相组成、显微硬度分布等特征.     

TiC颗粒增强Ni3Al基复合材料的组织和性能研究

本文对自行制备的ＴｉＣ颗粒增强Ｎｉ３Ａｌ基复合材料的组织和性能进行了研究。比较了铸态和经热处理后的复合材料的微观组织和高温压缩机械性能。结果显示，碳化物在枝晶间均匀分布，与基体润湿良好。经１１００℃４８ｈ热处理，Ｔｉ颗粒的微观形 组成无明显改变。结果也表明，ＴｉＣ颗粒增强Ｎｉ３Ａｌ基复全材料具有比基体高的弹性模量、屈服强度，但塑性有所降低。     

钛基复合材料压气机叶环应力的数值模拟

采用有限元分析方法,建立三维循环对称模型,对连续Si C纤维增强钛基复合材料压气机叶环的应力进行了研究。考虑周围基体包套和中心复合材料的热残余应力,重点分析了叶环尺寸、温度及基体材料性能对叶环应力分布的影响。结果表明,当叶环直径较小、工作温度较低时,叶环的最大环向应力点在内径;随着直径增大、工作温度升高,最大环向应力点出现在中心复合材料靠近内径一侧。基体材料的弹性模量、热膨胀系数和密度,对叶环的应力分布有重要影响,应尽量选择密度低、弹性模量和热膨胀系数较大的钛合金作为基体材料。     

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。     

原位自生非连续增强钛基复合材料的研究进展

从原位自生非连续增强钛基复合材料的反应机制、组织结构以及力学性能方面综述原位自生非连续增强钛基复合材料的研究现状。并指出新型增强体强化钛基复合材料的制备以及混杂增强钛基复合材料强化叠加规律研究等将是原位自生非连续增强钛基复合材料的发展方向。     

TiC 颗粒增强钛基复合材料的动态损伤本构

分析了TiC颗粒增强钛基复合材料的微损伤演化规律,建立了含损伤演化的动态本构模型。TiC颗粒增强钛基复合材料在拉伸载荷作用下,微裂纹以翼型裂纹形式扩展,基于平面翼型裂纹扩展模型,建立了二维动态损伤本构关系,并退化到一维拉伸状态,假设微裂纹成核规律满足Weibull分布,得到了一维拉伸应力状态下能够反映TiC颗粒增强钛基复合材料的损伤演化规律的宏细观相结合的动态本构关系。模型计算结果与试验结果吻合较好。     

Grinding behavior and surface appearance of（TiC_p＋ TiB_w）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites

（TiCp＋ TiBw）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites（PTMCs） have broad application prospects in the aviation and nuclear field. However, it is a typical difficult-to-cut material due to high hardness of the reinforcements, high strength and low thermal conductivity of Ti-6Al-4V alloy matrix. Grinding experiments with vitrified CBN wheels were conducted to analyze comparatively the grinding performance of PTMCs and Ti-6Al-4V alloy. Grinding force and force ratios, specific grinding energy, grinding temperature, surface roughness, ground surface appearance were discussed. The results show that the normal grinding force and the force ratios of PTMCs are much larger than that of Ti-6Al-4V alloy. Low depth of cut and high workpiece speed are generally beneficial to achieve the precision ground surface for PTMCs. The hard reinforcements of PTMCs are mainly removed in the ductile mode during grinding. However, the removal phenomenon of the reinforcements due to brittle fracture still exists, which contributes to the lower specific grinding energy and grinding temperature of PTMCs than Ti-6Al-4V alloy.     

晶须和短纤维混杂增强铝基复合材料研究

简要介绍了ＳｉＣ晶须和Ａｌ２Ｏ３短纤维混杂增强铝基复合材料的制造工艺，并对材料的力学性能进行了测试，对金相组织和扫描断口进行了观察。结果表明，用该工艺制造出增强剂分布均匀的复合材料，材料的性能尤其是抗拉强度有了较大幅度的提高，复合材料中晶短纤维的增强机理明显不同，该材料有望在大功率发动机上得到应用。     

我国航空用钛合金材料研究现状

评述了我国航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势.     

Na2O-CaO-SiO2系统玻璃陶瓷的晶化特征(英文)

制备了含TiO2晶种和不含晶种Na2O-CaO-SiO2系统玻璃陶瓷。以XRD研究了玻璃陶瓷的晶化行为和物相组成。通过EDS测定了TiO2在主晶相硅灰石和玻璃基质中的分布。以扫描电子显微镜和偏光显微镜对其显微结构进行了观察。研究表明,两种玻璃陶瓷样品均由硅灰石晶体和分布于晶体之间的玻璃基质构成。添加TiO2晶核剂的样品以体积晶化为主,硅灰石晶体细小,呈短柱状。硅灰石晶体中TiO2的含量明显大于玻璃基质,表明TiO2显然起到了引起体积晶化的作用。而在没有加入晶核剂的样品中,硅灰石晶体呈纤维状,以表面晶化为主,晶体定向排列明显,长径方向基本垂直于原始玻璃颗粒表面。     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。     

铝、钛基复合材料在航空发动机上的应用分析

介绍了金属基复合材料的优点;分析了铝合金和钛合金复合材料的性能,并讨论了2种复合材料在航空发动机部件上的应用前景。     

Compression Creep Behavior of High Volume Fraction of SiC Particles Reinforced AI Composite Fabricated by Pressureless Infiltration

The compression creep deformation of the high volume fraction of SiC particles reinforced AI-Mg-Si composite fabricated by pressure-less infiltration was investigated. The experimental results show that the creep stress exponents are very high at temperatures of 673 K, 723 K and 773 K, and if taking the threshold stress into account, the true stress exponent of minimum creep strain rate is still approximately 5, although the volume fraction of reinforcements is very high. The creep strain rate in the high volume fraction reinforced aluminum alloy matrix composites is controlled by matrix lattice diffusion. It is found that the creep-strengthening effect of high volume fraction of silicon carbide particles is significant, although the particles do not form effective obstacles to dislocation motion.     

Compression Creep Behavior of High Volume Fraction of SiC Particles Reinforced Al Composite Fabricated by Pressureless Infiltration

The compression creep deformation of the high volume fraction of SiC particles reinforced Al-Mg-Si composite fabricated by pressure-less infiltration was investigated. The experimental results show that the creep stress exponents are very high at temperatures of 673 K, 723 K and 773 K, and if taking the threshold stress into account, the true stress exponent of minimum creep strain rate is still approximately 5, although the volume fraction of reinforcements is very high. The creep strain rate in the high volume fraction rein- forced aluminum alloy matrix composites is controlled by matrix lattice diffusion. It is found that the creep-strengthening effect of high volume fraction of silicon carbide particles is significant, although the particles do not form effective obstacles to dislocation motion.