原位合成技术在非连续增强钛基复合材料中的应用及展望

气 ．气 、气 一液 、气 一液 ．固 、液 ．同 和 固 ．固 反 应 工 艺 ¨２＿。与外 加 法相 比 ，原位 合 成 技 术 ＿１ 艺 简 单 ，成本 低 ，增 强相 颗 粒细 小 ，热力 学稳 定性 高 ，基 体 与增 强 体 界 面不 发生 反应 ，无 污染 ，界面结 合 强度 高 。 因此 原 位合 成技 术 已成 为近 年来 研究 的热点 。本 研究 着重 概 述 了原位 合 成非 连续 增强 钛基 复合 材料 的研究 现状 以及 原位合 成 技术 在非 连续 增强 钛 基复 合材 料 中 的应 用 ，并对其 发展进行 了展望 。
Ａｐｒ．２０１８ ＶＯＩ．６７ ＮＯ．４
一 ● ● ● ● ‘ 、＾ ● ‘ ＾ 町
｛专题综述 ｛
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原 位 合成 技 术在 非 连 续 增 强钛 基 复合 材 料 中的 应 用及 展 望
付彬 国，李朝志，刘金海，李国禄 ，都志杰 ，宁子轩 ，廖婧雯，李 云，李利 东
（河北工业大学材料科 学与工程学 院，天津 ３００１３０）
摘 要 ：分别从增强体的选择 、基体的选择和构型设计等方面综述了原位合成非连续增强钛基复合材料的研究现状； 概述 了熔铸法 、机械 合金化法 、自蔓延 高温合金合 成法 、放 热弥散 法 、反应热 压法 以及接触反应 法等原位 合成方法 的Ｔ艺 特点 、反应原 理 ；介绍 了各原位合 成方法在 制备钛基 复合材 料 中的最 新应用 ；并对原位合 成技术在 钛基 复合 材 料 中 的 发 展 进 行 了展 望 。 关 键词 ：钛基 复合 材料 ；非连 续增强 ；原 位合 成 ；制 备方 法 ；应用 中图分 类号 ：ＴＧ３３１ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１００１—４９７７ （２０１８）０４—０３１２—０５
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏ ｕｔｌｏｏｋ ｏｆ Ｉ ｎ Ｓｉｔｕ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ＤｉＳＣＯｎｔｊｎｕＯｕＳＩｙ
Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｉ ｌｔａｎｉｌｕＵｍ Ｍ ａｔｒｉｘ Ｃｏｍ ｐｏｓｉ￣ｔｅｓ
ＦＵ Ｂｉｎ—ｇｕｏ，ＬＩ Ｃｈａｏ－ｚｈｉ，Ｌ１Ｕ Ｊｉｎ—ｈａｉ，ＬＩ Ｇｕｏ—ｌｕ，ＤＵ Ｚｈｉ－ｊｉｅ，ＮＩＮＧ Ｚｉ—ｘｕａｎ，ＬＩＡ０ Ｊｉｎｇ—ｗｅｎ，
ｍ ｅｔｈｏｄ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
钛基复合材料是 以钛合金作 为基体 ，以陶瓷增强相 作 为增强体 复合而成 ，具有高 的比强度 、比刚度 ，良好 的耐磨性 、耐高温性能 、尺寸稳定性 以及 不易老化等优 良性 能 ，广泛应 用于航空航天 、能源 、化工 、石油等 领 域 ，并受 到国内外 材料 领域科学家 的重点关注 。
１ 研 究 现 状
１．１ 增强体 的选 择 非连续 增强钛基 复合材 料 的增 强体 通常有 短纤维 、
晶须 和颗 粒三 种形 态 。钛基 复合 材 料增 强体 的选 择 原
基 金 项 目 ： 国家 自然科学基金 （５１６０１０５４）；河北省 自然科学基金 （Ｅ２０１７２０２０９５）；河北工业大学 大学生创新创业训 练计划项 目（２０１７１００８００６７）。 收 稿 日期 ： ２０１７－１２－ｏ７收到初稿 ，２Ｏｌ８一Ｏ１—３０收到修订稿 。 作 者 简 介 ： 付 彬 国 （１９８４一），男 ，讲 师 ，博 士 ，主要 研究 方 向为 钛合 金及 其 复合 材料 的熔炼 、铸 造 及凝 固组织 控 制 和 力学 行 为 。Ｅ—ｍａｉｌ
ＬＩ Ｙｕｎ，ＬＩ Ｌｉ－ｄｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００ １ ３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｉｎ ｓｉｔｕ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍ ａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍ ｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｍａｔｒｉｘ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎ ｓｉｔｕ ｓｙｎ ｔｈｅｓｉｓ ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｌｌｏｙｉｎｇ，ｓｅｌｆ＿ｐｒＯｐａｇａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｎ ｔｈｅｓｉｓ，ｅｘｏｔｈｅｒｍ ｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｒｅａｃｔｉｖｅ ｈｏｔ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｓｕｍ ｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆｉｎ ｓｉｔｕ ｓｙｎ ｔｈｅｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｒｅｉｎwenku.baidu.comｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｉｎ ｓｉｔ ｕ ｓｙ ｎ ｔｈｅｓｉｓ； ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
钛基 复合 材料 制 备方 法按 增 强相来 源 分 为外 加法 和 原位 合成 法 。外加 法 是指 在熔 融状 态或 粉末 状态 的 基 体材 料 中加入 预先 制 备好 的增 强体 ，使 增 强体 融人 基体 以强化基 体【１ｌ。该方法 由于增 强体与基 体之 间 的界 面反 应严重 以及残余 应力较 大且工 艺复 杂 、成本 昂贵 ， 从 而 限制 了其 应用 。后 经不 断研 究 ，逐步 发 展 出一 种 新 型 的复合 材料 制 备技 术 ，即原 位合 成技 术 ，该 技术 是 通过 添加 元 素与 基体 发生 化学 反应 在基 体 中原 位合 成 增强 相 。原位 合成 技 术按 反应 物初 始状 态 可划 分 为