连续纤维增强钛基复合材料研究概况)
SiC纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究
第26卷 第3期2006年6月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006S i C 纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究张 蕾,侯金保(北京航空制造工程研究所,北京100024)摘要:针对Si C f /T C4钛基复合材料,进行其过渡液相扩散焊试验,并进行接头组织研究。
结果表明:在试验条件下,采用自制的纤维+TiZr Cu N i 合金的复合中间层,通过合金与纤维的扩散,形成一紧密结合的界面,获得与母材接近的接头组织,实现钛基复合材料的成功连接。
关键词:Si C f /T C4钛基复合材料;过渡液相扩散焊;复合中间层中图分类号:T G457 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320325202收稿日期622;修订日期6232作者简介张蕾(8),女,硕士,工程师,(2)8@63。
SiC 纤维增强钛基复合材料由于具有优良的高温综合性能,受到航空发动机设计者的日益青睐[1]。
使用钛基复合材料能代替部分高温合金可制造高性能、轻量化新结构,以提高航空发动机综合性能[2、3]。
由于技术难度以及技术保密等原因,国外对钛基复合材料连接技术研究报道很少,提到过渡液相(Transient Liquid Phase 简称T LP )扩散焊是连接纤维增强钛基复合材料的有效方法[1,4]。
T LP 扩散焊的技术特点是利用中间层在连接温度下的凝固及扩散,形成组织及成分与母材接近的接头。
针对SiC f /TC4钛基复合材料,采用自制的含纤维的复合中间层进行T LP 试验,研究其接头组织特点。
目前国内关于钛基复合材料焊接接头组织分析的研究报道甚少,本试验研究在国内尚属前列。
1 试验材料及试验方法本试验选用Si C 长纤维增强、TC4钛合金为基体的钛基复合材料为试验材料。
试验所用纤维为国产W 芯SiC 纤维(有C 涂层)。
钛基复合材料
钛基复合材料
钛基复合材料是一种由钛合金和其他材料组合而成的复合材料，具有轻质、高
强度、耐腐蚀等优点，因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用。
钛基复合材料的研究和应用对于推动材料科学技术的发展具有重要意义。
首先，钛基复合材料的轻质特性使其在航空航天领域具有重要的应用前景。
航
空航天器要求材料具有较低的密度，以减轻整个航天器的重量，从而提高燃料效率和载荷能力。
钛基复合材料由于其轻质特性，可以有效地满足这一需求，因此在航空航天领域有着广泛的应用前景。
其次，钛基复合材料的高强度使其在汽车制造领域具有重要的应用潜力。
汽车
制造对材料的强度要求较高，以确保汽车在行驶过程中不会出现变形或破损等情况。
钛基复合材料具有优异的强度，可以有效地满足汽车制造的需求，因此在汽车制造领域有着广阔的市场前景。
另外，钛基复合材料的耐腐蚀特性也使其在医疗器械领域具有重要的应用前景。
医疗器械对材料的耐腐蚀性要求较高，以确保医疗器械在使用过程中不会因受到腐蚀而影响其功能。
钛基复合材料由于其良好的耐腐蚀性，可以有效地满足医疗器械的需求，因此在医疗器械领域有着广泛的应用前景。
综上所述，钛基复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空航天、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用前景。
钛基复合材料的研究和应用对于推动材料科学技术的发展具有重要意义，有助于推动相关领域的发展和进步。
希望在未来的研究中能够进一步深化钛基复合材料的研究，推动其在各个领域的应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
连续SiC纤维增强钛基复合材料研制
连续SiC纤维增强钛基复合材料研制黄浩;王敏涓;李虎;李四青;张书铭;李臻熙;黄旭;解川【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2018(061)014【摘要】钛基复合材料由于在中高温环境下具有很高的比强度、比模量以及良好的抗疲劳和抗蠕变特性,受到研究者的广泛关注.回顾了国内外该材料的发展历程,详细介绍了连续SiC纤维增强钛基复合材料的研制过程,包括SiC纤维制备、涂层制备、复合材料成型及构件制备等工艺过程.概述了研究团队近年来在连续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,包括成功研制了高性能连续SiC纤维并实现小批量试制,设计了适用于不同增强基体合金的界面涂层,研究表明研制的C涂层可使复合材料经1100℃处理后界面涂层保存较好;实现了20～50μm性能优异的钛合金、铝合金、高温镍合金先驱丝的沉积;完成了Φ600mm×160mm尺寸的复合材料环形件及Φ50mm×300mm转动轴部件的试制.最后对该材料未来的发展趋势进行了展望.【总页数】11页(P26-36)【作者】黄浩;王敏涓;李虎;李四青;张书铭;李臻熙;黄旭;解川【作者单位】中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095;中国航发北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【相关文献】1.连续SiC纤维增强钛基复合材料横向高温变形机理研究 [J], 曹秀中;赵冰;韩秀全;侯红亮;曲海涛2.连续SiC纤维增强钛基复合材料高温变形研究 [J], 高昌前;赵冰;韩秀全;侯红亮3.连续 SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析 [J], 摘自《稀有金属》4.SiC纤维增强钛基复合材料界面研究及构件研制 [J], 王玉敏;肖鹏;石南林;雷家峰;杨锐5.SiC连续纤维增强钛基复合材料研究 [J], 赵永庆;周廉;Alain Vassel因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《二维Ti3C2MXene增强钛基复合材料的制备与性能研究》
《二维Ti3C2 MXene增强钛基复合材料的制备与性能研究》一、引言随着科技的发展和材料科学的进步，复合材料以其优异的力学性能和多功能性成为材料领域研究的热点。
在众多复合材料中，二维材料因其独特的结构和优异的性能在复合材料领域中具有广泛的应用前景。
其中，Ti3C2 MXene作为一种新型的二维材料，具有优异的导电性、热稳定性和力学性能，因此被广泛应用于增强复合材料的性能。
本文旨在研究二维Ti3C2 MXene增强钛基复合材料的制备方法及其性能表现。
二、制备方法二维Ti3C2 MXene增强钛基复合材料的制备主要包括以下几个步骤：1. Ti3C2 MXene的制备：采用化学刻蚀法对MAX相（如Ti3AlC2）进行刻蚀，得到二维Ti3C2 MXene。
2. 钛基体的制备：选择适当的钛合金作为基体，通过粉末冶金法或熔铸法制备出钛基体。
3. 复合材料的制备：将制备好的Ti3C2 MXene与钛基体进行混合，通过热压、热轧或冷轧等方法将两者紧密结合，得到二维Ti3C2 MXene增强钛基复合材料。
三、性能研究1. 力学性能：通过拉伸试验、压缩试验等手段，研究二维Ti3C2 MXene增强钛基复合材料的力学性能。
实验结果表明，添加适量的Ti3C2 MXene可以有效提高复合材料的强度和韧性，降低其断裂延伸率。
2. 物理性能：通过硬度测试、热导率测试等手段，研究复合材料的物理性能。
实验结果表明，Ti3C2 MXene的加入可以显著提高复合材料的硬度、热导率和电导率。
3. 耐腐蚀性能：在腐蚀介质中，研究复合材料的耐腐蚀性能。
实验结果表明，Ti3C2 MXene的添加可以有效提高钛基复合材料在腐蚀介质中的耐腐蚀性能。
4. 微观结构分析：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对复合材料的微观结构进行分析。
结果表明，Ti3C2 MXene在复合材料中均匀分布，与钛基体形成了良好的界面结合，有效地传递了载荷。
钛基复合材料
钛基复合材料钛基复合材料是由钛金属作为基体，与其他材料进行复合制备而成的一种材料。
钛金属具有优异的力学性能和化学稳定性，但在某些方面仍存在着一些限制，如强度不高、低耐磨性等问题。
而通过与其他材料的复合制备，可以克服这些问题，提高材料的性能。
钛基复合材料有多种制备方法，其中最常见的是增强相与基体相分离的方法。
在这种方法中，钛金属作为基体相存在，而增强相则以颗粒、纤维或片状等形式分布在基体中。
通过增强相的引入，钛基复合材料的力学性能可以得到显著提升。
钛基复合材料的优点主要体现在以下几个方面：首先，钛基复合材料具有较高的强度和硬度。
增强相的引入可以提高材料的抗拉强度、屈服强度和硬度，使得材料在高强度工作条件下不易发生变形和破坏。
其次，钛基复合材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性。
钛金属本身具有较好的耐热性和耐腐蚀性，而增强相中的某些材料则可以进一步提高材料的耐热性和耐腐蚀性。
此外，钛基复合材料还具有较好的耐磨性和摩擦性能。
钛金属本身的耐磨性较差，容易受到磨损，但通过引入增强相，可以有效改善这一问题，提高材料的耐磨性和摩擦性能。
钛基复合材料的应用领域广泛。
它们可以应用于航空航天、汽车制造、船舶制造、化工等领域。
在航空航天领域，钛基复合材料可以用于制造飞机发动机零件、机身零件等，以提高航空器的性能和安全性。
在汽车和船舶制造领域，钛基复合材料可以用于制造引擎零件、车身零件等，以降低车辆的重量、提高燃油效率。
在化工领域，钛基复合材料可以用于制造化工设备的耐酸碱容器、换热器等，以提高设备的耐腐蚀性能。
总的来说，钛基复合材料通过钛金属与其他材料的复合制备，可以克服钛金属的一些缺点，提高材料的力学性能和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造和化工等领域。
连续纤维增强钛基复合材料的超塑性变形
连 续 纤 维 增 强 钛 基 复 合 材 料 的 超 塑 性 变 形
连 续 ＳＣ 纤 维增 强 钛基 复 合 材 料 （ ＭＣ ） ｉ Ｔ ｓ
们 采用 的基体 是富 Ｂ的 Ⅱ＋Ｂ钛 合金 Ｓ －０ Ｐ７ ０
ｒ“ ． Ｖ ２ ｅ２ ｏｗｅ ） ￣度 低 于 ８０ ． ｒ ５ ３ －Ｆ －Ｍ ． ＇ Ｊ ＡＩ Ａ ０℃
ｌ‘ｓ ５ ｌ。ｓ × ｌ ｓ ｌ ０ ／，真 应 ０） 、 × ０ ／、２ ０ ，、 ×ｌ ｓ ，
变分 接近 ｌ％、 ０ ６ ％。 ５ ３ ％、 ９ 同时也对 Ｓ －０ Ｐ７ ０
箔 材 迭 片 和 溅 射 沉 积 迭片 进 行 了真 空 拉 伸 试 验 ， 变 速 率 为 ５ １ ｓ２ ０ ， ×ｌ。ｓ 应 × ０ ／、 ×１ ｓ ｌ ０ ／，
料 。 寸 为 １ ｒｍ ×￥ｍｍ ×Ｉ０ 尺 ．ａ ２ ０ ５ ｍｍ 的 复 合 材
料片材在 ７０Ｃ ５ ＂下热等静￣０ Ｐ压实 ２ ，氩 － ） ｎ ｈ
气 压 力 为 １０ Ｐ 。 ５Ｍ ａ
用拉伸试验研究 Ｓ Ｓ６Ｓ －０ Ｃ ． Ｐ７ ０的超 塑性 ／ 变 形行 为和空隙作用 。 拉伸试验方 向垂直于纤 维 取 向 ，即横 向。试验 是在 真 空中 ７ ５ 、 ７℃ ８０ ０ ℃、８ ５ ２ ℃下 进行 的，应 变速率分别为 ２ ×
真应 变 为 ６％ 。箔材迭片 是由 ７层厚 ０ ｍ ９ ． ｍ ２ 的 Ｓ ．０ Ｐ７ ０箔材迭加 而成的 ， 射 沉积 迭片 则 溅 是由 ６层溅 射沉积片材 和 ２层厚为 ０ ，ｍ 的 ． ２ ｍ Ｓ －０ Ｐ７ ０箔材迭加 而成的 。这 些迭片均 在氩气 保护 下 ７ ０ Ｈ Ｐ２ ，氩 气压力 为 ｌ ０ ａ ５℃ Ｉ ｈ ５ ＭＰ 。 应 变速 率敏感 系数 １ 采用 最小 四乘法从 流变 ３ ２ 应 力与应 变速率对 数 关系 曲线 的斜 率获 得
SiC纤维增强Ti-22Al-26Nb复合材料的界面优化及残余应力研究的开题报告
SiC纤维增强Ti-22Al-26Nb复合材料的界面优化及残余应力研究的开题报告一、选题背景和意义随着航空航天业的发展，对于高性能、耐高温、耐腐蚀、轻质化材料的需求越来越大，而Sic纤维增强钛基复合材料具有高温强度、优异的耐热和抗氧化能力、低密度等优点，在航空航天等领域有广泛的应用前景。
在Sic纤维增强钛基复合材料的制备过程中，往往需要考虑陶瓷、金属和纤维等材料的力学和热学性能之间的匹配程度，特别是在增强纤维和金属基体界面上存在的残余应力问题，影响着复合材料的性能和寿命。
本课题的研究内容是基于Ti-22Al-26Nb复合材料，采用Sic纤维增强，利用界面优化技术和残余应力研究方法，对复合材料的力学性能和结构稳定性进行研究，旨在为探索高性能、高稳定性的复合材料提供理论和技术支持。
二、研究内容和方案1. 复合材料制备本课题将采用真空感应熔炼-等轴凝固工艺制备Sic纤维增强Ti-22Al-26Nb复合材料。
优化工艺参数，通过表面化学处理、表面涂层和真空干燥等工艺方法降低增强纤维与金属基体之间的残余应力，并提高界面结合强度。
2. 材料组织结构表征采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对复合材料的微观结构进行表征，分析增强纤维与基体之间的结合情况及其对残余应力的影响。
3. 界面优化与残余应力测量采用X射线衍射仪和拉曼光谱仪等技术对复合材料界面的晶体结构和相变行为进行研究，分析界面调控对材料力学性能的影响。
同时，利用同步辐射X射线和中子散射仪等现代表征方法，测量复合材料中的残余应力场分布，分析应力分布规律、应力与力学性能之间的关系。
4. 材料力学性能测试采用万能试验机、动态机械分析仪等设备对复合材料的力学性能进行测试，包括拉伸、压缩、剪切和疲劳等测试，探究界面优化和残余应力对材料力学性能的影响。
三、预期结果和意义通过界面优化和残余应力控制等手段，制备出高稳定性、高强度的Sic纤维增强Ti-22Al-26Nb复合材料，并深入分析其微观结构、晶体结构、应力场分布和力学性能，揭示增强纤维与基体之间的相互作用规律，提高复合材料的力学性能、耐腐蚀性和寿命，为高性能复合材料的研究和制备提供理论和技术基础。
航空发动机整体叶环结构的研究进展
合材料（ TiMMC）[5~7] 制造的，具有强 子的质量大大减轻，如第 3 级整体叶 化硅纤维（SCS-6）增强的钛基（SP-
度高、使用温度高及疲劳和蠕变性能 环转子的质量只有 4.5kg 左右，而常 700）复合材料风扇整体叶环转子。
好的优点，TiMMC 整体叶环如图 1 规镍基合金制造的同样转子的实际
我国与印度开展的国际合作研
所示。TiMMC 整体叶环代替压气机 质量为 25kg。20 世纪 90 年代中期， 究项目中，有一带环箍的单级风扇试
盘，不仅可以扩大压气机的设计范 在 IHPTET 研究计划下，GEAE 公司 验研究，该风扇的设计参数为：增压
围，而且可大幅度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轻重量，与常规 开发和验证了 TiMMC 压气机整体 比 3.0，叶尖切向速度 470m/s，有 17
加工制造缺陷对 TiMMC 性能有
表1 一些商用连续纤维的室温性能
纤维名称
SM1040 SCS-6 Trimarc
制造厂商
DEAR-Sigma Textron ARC
密度 /（kg·m-3）
3400 3000 —
在 给 定 纤 维 含 量 的 情 况 下，粗 纤 维 可 以 增 加 其 间 的 距 离，从 而 有 利于降低纤维在高温复合固结过程 中产生径向裂纹倾向和充分发挥钛 基体的韧性作用。目前化学气相沉 积方法（CVD）制备的粗纤维都存在 一 定 的 残 余 应 力，而 且 考 虑 到 经 济 性，增 强 钛 合 金 的 连 续 纤 维 直 径 以 0.12~0.15mm 为宜。
50 航空制造技术·2013 年第 9 期
大飞机发动机关键制造技术 Key Manufacturing Technology of Aeroengine for Large Aircraft
连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析
展起来的一种技 术。当钛合金处于超塑性状态时其
流 动性 能好 ，易 于填 充 ，从 而 容 易 成 形 出复 杂 的 合 格零 件 。与 普通 锻 态 显 微 组 织 不 同 的是 ，经 过 超 塑 变形 后 的试样 变 形 区 明显 发 生 动 态 再 结 晶 ，显 微 组 织 明显粗 化 ，从 而 影 响 其 性 能 。南 昌航 空 大 学董 洪 波等 人对 超 塑变形 后 的 Ｔ Ｃ ２ １钛合 金进 行 热处 理 ，研
韧 性 断裂预 测模 型具有 工程 参考 价值 。 摘 自《 塑性 工程 学报 》
下进行了 Ｔ ｉ 一 ６ Ａ １ ４ Ｖ合金成形极限试验 ，建钛 基 复 合 材 料 横 向 强度 分 析
连续 Ｓ ｉ Ｃ纤 维 增强 钛基 复 合 材 料 （ Ｓ ｉ Ｃ ／ Ｔ ｉ ） 具 有 良好 的综 合 性 能 ，但 其 横 向 性 能 低 于 钛 合 金 基 体 。 为 了准 确地 预 测 Ｓ ｉ Ｃ ， ／ Ｔ ｉ 复合 材料 的横 向强 度 ，北京 航 空 制造 工程 研 究 所 赵 冰 等人 提 出一 种 基 于界 面脱 粘 强 度 的计 算模 型 。采 用 Ｓ ｉ Ｃ ／ １ ｒ ｉ 复 合 材料 十 字拉 伸 试 件来 测试 复合 材料 的纤 维／ 基 体界 面 脱 粘强 度 ，并 分 析 了热处 理 时 间 对 界 面 脱 粘 强 度 影 响 规 律 ，以及 不 同纤维 之 间界 面 脱 粘 强 度 的差 别 。 复合 材 料 横 向 拉 伸试 件采 用 箔一 纤维 一 箔 方法 制备 ，每个 试 件 的纤维 度条 件下 测试 复 合 材 料 的横 向拉 伸 强度 ，拉 伸 温 度 分别 为 ２ ５ 、３ ０ ０ 、４ ０ ０ 、５ ５ ０ ℃ 。 结 果 表 明 ， 国 产 Ｓ ｉ Ｃ ／ Ｔ ｉ 一 ６ Ａ １ － ４ Ｖ复合材料界面脱 粘强度为 １ ６ ９ Ｍ Ｐ ａ ， 高于 进 口 Ｓ Ｃ Ｓ ． ６ Ｓ ｉ Ｃ ／ Ｔ ｉ 一 ６ Ａ ｌ ４Ｖ复 合 材 料 的界 面 脱 粘
钛基复合材料的性能及制备
钛基复合材料的性能及制备
钛基复合材料是一种新型的复合材料，它是将钛与其他材料（如碳纤维、碳烯烃纤维、刚性粉末、芳纶纤维、玻璃纤维、可塑增强钛等）相结
合而成。
钛基复合材料具有优异的力学性能，此外，其耐腐蚀性、低密度
和高抗蠕变性能也很突出。
钛基复合材料的制备工艺包括挤压法、热压法和注射成型等。
其中，
挤压成型法是最常用的工艺。
将半成品材料（即钛基复合材料的各种组分）挤压成坯体，再以热压成型制得最终产品。
在此基础上，采用粉末冶金技
术等熔炼工艺可以生产出具有更高强度的钛基复合材料。
热压法是一种钛基复合材料的制备工艺，它采用热压和动力压力来使
复合材料组件充分结合。
将钛基复合材料的各种组分（如热压剂、增强剂
和钛等）均匀地填充，然后在高温下进行热压，从而使各组件形成坚实的
联合体。
注射成型是将液体塑料注射到模具中以制得钛基复合材料的方法。
其
优点是可以根据不同的设计要求，调整塑料的粘度、流动性和热塑性等，
以达到所需要的材料性能。
但是，此工艺存在可靠性和表面粗糙度较低等
缺点。
钛基复合材料的性能及制备
钛基复合材料的性能及制备钛基复合材料是一种由钛合金与其他纤维材料（如碳纤维、玻璃纤维等）组合而成的材料。
它具有钛合金的高强度、低密度和耐腐蚀性能，以及纤维材料的优异机械性能和热性能。
钛基复合材料的性能和制备方法是该材料应用范围广泛的重要因素。
1.高强度：钛合金具有很高的强度和刚度，可以用于制造轻型结构，以提升材料的强度重量比。
2. 低密度：钛合金的密度与铝合金相近，约为4.5 g/cm³，是铁的一半，在机械设计中可以减轻结构负荷。
3.耐腐蚀性：钛合金具有优良的耐腐蚀性能，能够在很多腐蚀介质中保持稳定性，适用于海水、酸碱等恶劣环境。
4.优异的机械性能：钛基复合材料的机械性能优于传统金属材料，可以满足航空航天、船舶、汽车等行业对材料高强度和刚度的要求。
5.良好的热稳定性：钛基复合材料具有较高的耐热性和热稳定性，可在高温环境下工作。
1.化学气相沉积法（CVD）：该方法是在合适的反应条件下，通过在钛合金表面沉积一层薄膜来制备钛基复合材料。
这种方法具有制备复杂形状和具有高度均匀性的材料的优点。
2.热加压烧结法（HIP）：该方法是将钛合金粉末与纤维材料（如碳纤维）混合，然后进行热压和热处理，使其烧结为复合材料。
这种方法适用于制备大块复合材料。
3.熔融浸渗法：该方法是将钛合金与纤维材料混合后，一起加热至钛合金的熔点，使其熔化并浸渗到纤维材料中，形成复合材料。
这种方法适用于制备形状复杂的复合材料。
4.等离子喷涂法：该方法是使用等离子体火焰熔喷设备将金属和纤维材料溶解或熔化后喷涂到基体上，形成复合材料。
这种方法具有制备大面积和复杂形状的优点。
总之，钛基复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀性、优异的机械性能和热性能等优点，适用于航空航天、船舶、汽车等高强度重量比和耐腐蚀性要求较高的领域。
钛基复合材料可以通过化学气相沉积法、热加压烧结法、熔融浸渗法和等离子喷涂法等多种方法制备。
钛基复合材料的研究与发展
散激 活能 相近 ，应 力 指数 与错 位 攀移 控 制蠕 变应 力 指数 一致 ，错位 结 构也 是典 型 的，形 成 了胞 状结 构 。 因此可 以肯定 ，在 低应 力 阶段 ，复合 材料 与 基 体 合 金 一 样 ，蠕 变 由错 位 攀移 速 率 控 制 。 从金 相 观 察 发 现 在 高应 力 阶 段 ，界面 空洞 较 多 ，因此 ，可 以认为 界 面损 失是 高应 力 阶段 蠕 变 的控制 因
钛基 复合 材料 （Ｍ ｓ 以其 高的 比强度 、比刚 度和 抗高 温特 性 而成 为 ＴＣ） 超 高音 速宇 航 飞行 器和 下 一 先进 航 空发 动机 的候选 材 料 。ＴＣ 材料 的研 代 Ｍｓ 究 始于 ７年 代 。８年 代 中期 ， 美 国航 天飞 机 （Ａ Ｐ Ｏ Ｏ ＮＳ ）和 整 体 高性 能涡 轮 发 动机 技 术 （Ｈ ＴＴ 以及 欧 洲 、 日本 同类 发展 计划 的实施 ，给Ｔ Ｃ材 料发 ＩＰ Ｅ ） Ｍｓ 展提 供 了很 好 的机遇 和 巨大 的 资金 保证 ，从而 促进 了ＴＣ 材料 的 发展 ，使 Ｍｓ 之成 了８ 年 代材 料科 学领 域 的 热点 。Ｔ Ｃ可 简 单分 为两 大 类 ：非 连续 颗粒 ０ Ｍｓ
合材 料蠕 变机 制 与基 体合 金 是相 同 的 。在低 应 力阶 段 ，激 活能 与Ｔ 的 自扩 ｉ
２ ３连 续纤 维增 强钛 基复 合材 料的 超塑 性变 形 日本研 究人 员研 究 了溅 射法 制 备的 复合 材料 的超 塑性 成 型特性 及其 中 的空 隙现 象 。他 们 采 用 的 基 体 是 富 的 口＋ 钛 合 金 Ｓ一 ０ 。温 度 低 于 Ｐ ７０ ８０ ０￣ Ｃ，Ｓ 一０ 会表 现 出 良好 的超 塑性 。基 体合 金箔 的名 义厚 度为 １０ ｍ， Ｐ ７０ ５ｇ 增 强剂 为Ｃ Ｄ 制备 的连 续 ｓｃ Ｖ法 ｉ涂层 ，涂层 均 匀分 散 于纤 维碳 基 体上 。溅 射 预 成型 时 将Ｓ Ｓ６ 维缠 绕 至一 直径 为 ５０ｍ Ｃ一 纤 ０ ｍ 的鼓 上 ，将氩 气 雾化 法 制备 的 直 径小 于 １０ｇ ５ ／ｎ的Ｓ ０ 颗粒 等 离子 溅射 至 纤维 上 。Ｓ 一０ 箔和 溅射 预 成 Ｐ ７０ Ｐ ７０ 型 的ＳＳ ６ Ｃ一 纤维 采用 箔一 纤维 一 箔法 制成４ （ ｉ同方 向 ）的ＳＳ ６Ｓ －０ 复 层 ＳＣ Ｃ 一／ Ｐ７ ０ 合材 料 。 溅射 预成 型 法制 备 的复合 材 料 的纤维 间距 比用 编 织网法 制 备的 复合 材 料 的纤 维 间距均 匀 得 多 ，也很 少 发现 间距 很 近 的纤维 。溅 射 复合 材料 表 现 出空洞 引起 的超 塑 性 ，其 延伸 率 比编 织复 合 材料 的大 得 多 。超 塑性变 形 的
连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展
2023 年第 43 卷航 空 材 料 学 报2023，Vol. 43第 6 期第 1 – 19 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.6 pp.1 – 19引用格式：王敏涓，黄浩，王宝，等. 连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展[J]. 航空材料学报，2023，43(6)：1-19.WANG Minjuan，HUANG Hao，WANG Bao，et al. Application and research progress of continuous SiC fiber reinforced titanium matrix composite materials[J]. Journal of Aeronautical Materials，2023，43(6)：1-19.连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展王敏涓1,2, 黄 浩1,2*, 王 宝1,2, 韩 波1, 杨平华1, 黄 旭1（1．中国航发北京航空材料研究院，北京 100095；2．中国航空发动机集团 先进钛合金重点实验室，北京 100095 ）摘要：连续SiC纤维增强钛基（SiC f/Ti）复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点，在航空航天领域具有重要的应用前景。
本文总结了SiC f/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术，并提出了SiC f/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。
SiC f/Ti复合材料单向性能优异，在环类转动件（叶环、涡轮盘等）、杆件（涡轮轴、连杆、紧固件等）以及板类构件（飞机蒙皮等）具有明显应用优势。
常用的SiC f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法，箔压法适合制备板类结构件，基体涂层法适用于缠绕形式的结构件，如环、盘以及杆等。
SiC f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。
SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性，通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。
碳化硅连续纤维增强钛基复合材料的研究进展 (1)
金属学玫
ＡＣＴＡ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．３８ Ｓｕｐｐｌ． Ｓｅｐｔ．２００２ ＰＰ．４６１—４６５
碳化硅连续纤维增强钛基复合材料的研究进展术
周义刚 杨延清
（西北工业大学材料科学与工程系，西安７１００７２）
摘 要 评述了ＳｉＣ纤维增强钛基复合材料（Ｔｉ ＭＭＣ）在航空发动机上的研究现状，指出Ｔｉ ＭＭＣ具有优异的能的主要因素．还对开展Ｔｉ ＭＭＣ研究提出了一些建设性
表２ Ｔｉ ＭＭＣ与相应基体钛合金的刚度Ｅ和强度ｏ－ｂ Ｔａｂｌｅ ２ Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ Ｅ ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｒｂ
ｏｆＴｉ ＭＭＣＳ
资料表明，沿纤维轴向加载的连续纤维增强技术基复 合材料的疲劳抗力优于未增强金属，其疲劳极限可成倍增 加，这完全和基于载荷由基体传递到纤维的理论所预期的 一样．图７显示了德国ＤＬＲ制备的Ｔｉ ＭＭＣ的疲劳性 能，同样的寿命下，Ｔｉ ＭＭＣ所承受的载荷大大高于基体 钛合金的．美国的ＳＣＳ一６ ＳｉＣ／Ｔｉ－１５—３复合材料（纤维 体积分数Ｋ＝０．３８—０．４０），在最大载荷为１２４１ ＭＰａ下， 其室温疲劳循环周次为５１０７７．
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２００２——０３——２５
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｂｙ ＳｉＣ ｆｉｂｅｒｓ ｆＴｉ ＭＭＣ） ｗｅｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｔｉ ＭＭＣｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ
纤维增强复合材料及其结构研究进展
1、应力-应变关系：通过实验和模拟方法，研究者们研究了纤维增强复合材 料的应力-应变曲线和本构关系。研究发现，纤维增强复合材料的应力-应变关系 具有非线性、各向异性和屈服后强化等特征。
2、疲劳特性：由于纤维增强复合材料在复杂载荷条件下的疲劳行为较为复 杂，因此研究者们通过不同方法研究了材料的疲劳特性。研究发现，材料的疲劳 寿命受载荷类型、纤维类型和基体类型等因素影响，通过优化设计和制备工艺可 以显著提高材料的疲劳寿命。
引言
纤维增强金属基复合材料是由金属基体和增强纤维组成的复合材料。由于具 有高强度、高刚度和耐高温等优点，因此在航空航天、汽车、能源等领域得到了 广泛的应用。本次演示将介绍纤维增强金属基复合材料的研究进展，旨在为相关 领域的研究提供参考和借鉴。
研究现状
随着纤维增强金属基复合材料的广泛应用，研究者们不断探索新的制备方法 和技术，以获得具有优异性能的材料。目前，纤维增强金属基复合材料的制备方 法主要包括：溶胶-凝胶法、粉末冶金法、液相浸渍法、气相沉积法等。此外， 研究者们还致力于研究新型的增强纤维，如碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤 维等。
引言
混凝土结构是现代工程中不可或缺的一部分，其加固直接影响到工程的安全 性和耐久性。传统的混凝土结构加固方法主要有增大截面、粘贴钢板、置换混凝 土等，但这些方法往往需要耗费大量的人力和物力，且对结构外观和功能产生一 定的影响。因此，寻求一种更有效的加固方法成为研究的热点。纤维增强复合材 料（FRP）
玄武岩纤维增强复合材料的物理和化学性质与原材料的组成和制备工艺密切 相关。一般情况下，玄武岩纤维增强复合材料的密度较低，强度和韧性较高，耐 腐蚀性优异。此外，该材料还具有良好的电磁屏蔽性能和抗老化性能，可在复杂 环境下长期保持稳定性能。
钛基复合材料
钛基复合材料
钛基复合材料是一种新型的材料，它具有很高的比强度和比模量，同时还具有很好的耐热性和耐腐蚀性。
钛基复合材料由钛合金作为基体，再加入一定比例的复合材料，如碳纤维、玻璃纤维等，经过特定的工艺加工而成。
这种材料不仅具有传统金属材料的优点，还兼具复合材料的优异性能，因此在航空航天、汽车、船舶和其他高端制造领域有着广泛的应用前景。
首先，钛基复合材料具有很高的比强度和比模量。
相比于传统的金属材料，钛基复合材料的比强度和比模量要高出很多，这意味着在相同质量下，钛基复合材料的强度和刚度都更高，能够承受更大的载荷和变形。
这使得钛基复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用，例如在飞机结构件和发动机零部件中的应用。
其次，钛基复合材料具有很好的耐热性和耐腐蚀性。
由于钛基复合材料的基体是钛合金，而复合材料的添加可以进一步增强其耐热性和耐腐蚀性，使得它能够在高温和腐蚀环境下工作。
这使得钛基复合材料在航空航天和船舶制造中得到了广泛的应用，例如在航空发动机和船舶结构中的应用。
最后，钛基复合材料还具有很好的加工性能和成型性能。
钛基复合材料可以通过多种工艺加工成各种复杂的形状，如挤压、锻造、拉伸等，同时可以通过复合材料的添加实现定向增强，使得其性能得到进一步提升。
这使得钛基复合材料在汽车制造领域得到了广泛的应用，例如在汽车发动机和车身结构中的应用。
总的来说，钛基复合材料具有很高的比强度和比模量，很好的耐热性和耐腐蚀性，以及很好的加工性能和成型性能，因此在航空航天、汽车、船舶和其他高端制造领域有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信钛基复合材料将会在未来得到更广泛的应用，为各个领域的发展提供更多可能性。
钛基复合材料的研究与发展
钛基复合材料的研究与发展作者：侯舒兰陈静瑜来源：《硅谷》2010年第13期摘要: 系统介绍了钛基复合材料的最新研究和发展,涉及非连接颗粒增强和连续纤维增强两大类钛基复合材料。
关键词: 钛基复合材料;颗粒增强;连续纤维增强;非连续颗粒增强中图分类号:TQ16文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0710029-01钛基复合材料(TMCs)以其高的比强度、比刚度和抗高温特性而成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料。
TMCs材料的研究始于70年代。
80年代中期,美国航天飞机(NASP)和整体高性能涡轮发动机技术(IHPTET)以及欧洲、日本同类发展计划的实施,给TMCs材料发展提供了很好的机遇和巨大的资金保证,从而促进了TMCs材料的发展,使之成了80年代材料科学领域的热点。
TMCs可简单分为两大类:非连续颗粒增强和连续纤维增强钛基复合材料。
研究重点主要集中在5个方面:1)钛基体和增强剂的选择;2)TMCs制造方法和加工工艺的研究;3)强化剂与基体界面反应特性和扩散障碍涂层;4)性能评价和实验方法;5)应用领域的开拓。
今年来,TMCs的发展虽然很快,但仍是一种新型昂贵的材料并尚处于发展之中。
尤其是冷战结束以后,由于缺乏对宇航、军事项目长期巨额资金的支持,使TMCs的研究与发展开始降温。
其目标转向工程应用,发展低成本颗粒增强的钛基复合材料成为当今一种重要趋势。
1 不连续纤维增强钛基复合材料蠕变形变与断裂复合材料与基体合金的蠕变应力指数和激活能是一致的,这意味着复合材料蠕变机制与基体合金是相同的。
在低应力阶段,激活能与Ti的自扩散激活能相近,应力指数与错位攀移控制蠕变应力指数一致,错位结构也是典型的,形成了胞状结构。
因此可以肯定,在低应力阶段,复合材料与基体合金一样,蠕变由错位攀移速率控制。
从金相观察发现在高应力阶段,界面空洞较多,因此,可以认为界面损失是高应力阶段蠕变的控制因素。
连续纤维复合增强材料
连续纤维复合增强材料连续纤维复合增强材料是一种新型的复合材料，它由连续纤维和基体材料组成，具有高强度、高模量、轻质化、耐腐蚀、耐磨损等优良性能，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
本文将从材料结构、制备工艺、性能表现和应用前景等方面对连续纤维复合增强材料进行探讨。
首先，连续纤维复合增强材料的结构特点是由连续纤维和基体材料相互作用形成的复合结构。
连续纤维通常采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，其优点是具有较高的拉伸强度和模量，能够有效增强材料的力学性能。
而基体材料则起到固定和保护纤维的作用，通常采用树脂、金属、陶瓷等材料，能够有效提高材料的耐热性和耐腐蚀性。
两者相结合形成的复合材料，不仅具有较高的强度和刚度，还能够兼顾轻质化和耐用性的特点。
其次，连续纤维复合增强材料的制备工艺主要包括预浸料制备、层叠成型和热固化等步骤。
预浸料制备是将纤维与树脂预浸料进行浸渍和脱气处理，以保证纤维和树脂的良好结合；层叠成型是将预浸料层叠成预定形状，并通过真空吸附或压力成型等工艺形成预制件；热固化是将预制件置于高温下进行固化，使树脂充分固化，形成最终的复合材料。
这一系列工艺保证了连续纤维复合增强材料的成型质量和性能稳定性。
再者，连续纤维复合增强材料在性能表现上具有很大优势。
首先，它具有较高的比强度和比模量，能够满足高强度、轻质化的要求；其次，具有较好的耐腐蚀性和耐磨损性，能够适应复杂的使用环境；最后，具有优异的热性能和尺寸稳定性，能够满足高温、低温等极端条件下的使用需求。
这些性能保证了连续纤维复合增强材料在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域的广泛应用。
最后，连续纤维复合增强材料的应用前景非常广阔。
随着科学技术的不断进步，人们对材料性能的要求也越来越高，连续纤维复合增强材料正是满足这一需求的理想选择。
它在航空航天领域可以用于制造飞机机身、发动机零部件等；在汽车领域可以用于制造车身、底盘等；在船舶领域可以用于制造船体、推进装置等；在建筑领域可以用于制造桥梁、建筑结构等。
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究纤维增强复合材料是一种结构优良、性能出色的材料，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。
而复合材料的界面粘结性能则是其性能优越性的关键之一。
在本文中，我们将探讨纤维增强复合材料界面粘结性能的研究成果，并分析其对材料性能的影响。
1. 界面粘结性能的意义纤维增强复合材料是由纤维和基体构成的复合材料，纤维在复合材料中起到增强效果，而基体则负责传递载荷。
界面粘结性能决定了纤维与基体之间的协同工作程度，直接影响到材料的力学性能和使用寿命。
良好的界面粘结性能能够提高材料的力学性能、抗疲劳和润湿性，而密度、界面能、纤维含量等因素会对界面粘结强度产生影响。
2. 界面粘结性能测试方法目前，界面粘结性能的测试方法主要包括力学试验和物理化学试验两类。
力学试验包括剪切试验、剥离试验和拉伸试验等，通过测量材料在不同外力作用下的界面失效行为来评估界面粘结性能。
物理化学试验则包括表面能测量法、接触角测量法和引入活性分子等方法，用于检测材料表面的化学性质和界面结构。
3. 影响界面粘结性能的因素界面粘结性能的好坏受到多个因素的影响。
首先是基体-纤维界面的形态、表面性质和化学成分。
不同基体和纤维的界面形态和化学成分差异较大，会影响到界面的湿润性和结合力。
其次是加工工艺因素，如纤维渗透处理、胶粘剂选择和固化工艺，都能对界面粘结性能产生影响。
此外，材料的使用环境和条件也会影响界面粘结性能。
例如，温度变化、湿度和腐蚀等因素都可能对界面产生破坏。
4. 提高界面粘结性能的方法为了提高纤维增强复合材料的界面粘结性能，研究者采取了多种方法。
一种常用的方法是表面改性，通过在纤维和基体表面引入粘接剂、活性分子或聚合物等改性剂，以增加界面的结合能力。
另一种方法是优化加工工艺，如改变纤维的渗透处理条件、优化胶粘剂的固化工艺等，以提高界面的物理和化学结合能力。
此外，选择合适的纤维和基体组合也是提高界面粘结性能的关键。
连续纤维增强复合材料增材制造工艺与装备__概述说明
连续纤维增强复合材料增材制造工艺与装备概述说明1. 引言1.1 概述连续纤维增强复合材料增材制造工艺与装备是一种先进的制造技术，通过将连续纤维与树脂基体结合起来，形成具有高强度和轻质特性的复合材料。
这种材料在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛应用前景。
1.2 文章结构本文主要分为六个部分进行介绍和分析。
首先，在引言部分我们将对该主题进行概述，并简单介绍文章的结构安排。
然后，在第二部分，我们将详细阐述连续纤维增强复合材料的定义、特点以及应用领域，并对其优缺点进行分析。
接下来，在第三部分，我们将概述和分类增材制造工艺，并重点介绍连续纤维增材制造工艺流程以及不同增材制造工艺间的比较。
第四部分将总结国内外关于该工艺的研究现状并探讨工艺参数对成品性能的影响，同时也会就挑战与机遇展开讨论。
在第五部分，我们将重点介绍连续纤维增强复合材料增材制造的主要装备及其性能评估指标，并通过典型应用案例分析展示其实际应用。
最后，我们将在结论部分对本文进行总结，并提出存在问题及改进建议，同时展望未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍连续纤维增强复合材料增材制造工艺与装备，并分析其发展现状和应用案例。
通过对该领域进行深入研究和讨论，期望能够为相关领域的研究人员和从业者提供参考和启发，并推动该技术在实际生产中的广泛应用。
2. 连续纤维增强复合材料简介2.1 定义与特点连续纤维增强复合材料（Continuous Fiber Reinforced Composites，CFRPs）是一种由连续冠状排列的纤维束通过树脂基体制成的新型复合材料。
它与传统的无规则短纤维增强复合材料相比具有较高的拉伸强度和刚度，优异的耐腐蚀性能以及良好的耐疲劳和抗冲击性能。
2.2 应用领域由于其出色的力学性能和轻质化特点，连续纤维增强复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、体育器材等领域。
在航空航天领域，CFRPs可以用于制造飞机机身、翼面及动力系统部件等结构件，以提升飞行器的性能并降低重量。
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连续纤维增强钛基复合材料研究概况曾立英 邓 炬 白保良 赵永庆(西北有色金属研究院 西安710016)摘 要 重点介绍了连续纤维增强钛基复合材料的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Al2O3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特点和复合材料的损伤评价技术。
关键词 连续纤维 钛基体 横向蠕变 损伤评价中图法分类号:T G146.23 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2000)03-0211-05 连续纤维增强钛基复合材料具有比钛合金更高的比强度和比模量[1],并比钛合金更耐热,可在高于600℃的环境下使用。
连续 -SiC纤维增强的T i-6-4中,轴向UT S可达1.8GPa;弹性模量是基体的1.3倍[2]。
这些均使其有望用作未来先进航空航天飞机的蒙皮、刚性件和高性能发动机部件。
若用作发动机转子、风扇叶片和盘件,以取代N i基或Co基超合金,发动机可减重30%[3]。
近20年来,材料工作者对其进行了深入的研究[4,5],并取得了突破性进展。
特别是随着SCS-6等SiC纤维的改进与商品化,纤维增强钛基复合材料的一些研究成果开始产业化。
如美国国防部和NASP资助建立的SiC纤维增强钛基复合材料的生产线,为单级直接进入轨道航天飞机提供机翼和机身的蒙皮、支撑衍梁、加强筋等构件[4]。
近年来又开发了一些新的制备方法,如三极管溅射和磁控溅射技术。
所研究的基体合金范围扩展为近 , , + 和 合金。
为使一些复合材料工程化,对它们的疲劳裂纹扩展、断裂等方面也进行了深入的研究[6-8]。
本文阐述了一些复合材料的性能特点,介绍了近年来制备连续纤维增强钛基复合材料的方法、开发的强化纤维与基体合金研究概况,并给出复合材料损伤评价技术。
1 复合材料的制备技术1.1 复合方法连续纤维增强钛基复合材料的制备分为复合和固化压实2个步骤。
该材料的复合非常困难,只能用固相法合成。
开发的方法以固化压实前纤维与基体的不同排列方式来区分,通常称为箔材-纤维-箔材(FFF)法、等离子喷射涂层法(M CM)和物相沉积法(PVD)。
图1为3种方法的示意图。
表1比较了3种方法的优缺点。
物相沉积(PVD)法分为2类:电子束蒸发沉积(EBED)和溅射技术(三级管溅射,TS;磁控溅射M S)。
它们都是在固化压实之前在单根纤维上涂覆一层均匀的基体。
基体以涂层形式出现,减少了加工成箔材或粉末的昂贵的加工费。
该工艺的主要优点为:纤维分布均匀;每一纤维被基体包围,纤维间不接触,纤维损伤小;纤维体积分数可用涂层厚度来控制;利于近净形加工。
图1 3种复合方法的示意图F ig.1 Schemat ic diagr am of t hree kinds o fco mposite pr ocess1.2 固化压实常用热等静压(HIP)或真空热压(VHP)来固化压实复合材料[11,17]。
但最近研究表明:用锻造法代替HIP或VHP,复合材料的室温拉伸性能和疲劳性能与HIP法制备的相当,既降低了成本又节约了加工时间[9]。
PVD+HIP法制备的 -SM1240/T i-6-4的压第29卷 第3期2000年 6月 稀有金属材料与工程RARE M ETAL M A TERIALS AND ENGINEERINGVol.29,No.3 J une2000联系人:曾立英,女,30岁,硕士,工程师,西北有色金属研究院钛合金研究所,西安710016,电话:029-*******,传真: 029-******* 表1 3种复合方法的比较Tab.1 Comparision of three composite processes复合方法Composite pr ocess 工艺过程Pr ocessing优点A dv antag e缺点Disadvantag e研究的合金A lloy studied参考文献R eferences箔材-纤维-箔材法F FF.met ho d 依纤维体积分数及对称性交替叠放基体箔和编织纤维网,加热并加压使其致密经济纤维分布不均匀,纤维间接触,易产生疲劳裂纹+近[9,10]等离子喷射涂层法M CM.metho d物相沉积用真空等离子体将金属粉浆注入高速旋转的编织纤维上,堆垛压实所获单带材料较密实,纤维较固定,界面反应小基体组织不均匀,熔滴易损伤纤维,合金成分不可控近+,[11-13] 电子束蒸发沉 积EBED 电子束枪蒸发的钛合金棒以原子的形式在纤维上冷凝成分不易控制涂层速率高,金属利用率仅10%T i-64,T iA lT i3Al+V[14] 三极管溅射 T S 可精确控制成分沉积速度低,金属利用率高达80%T i-64,6242,I M I834[15] 磁控溅射M S 纤维间距均匀,界面可控T i-64,IM I834,T i-22A1-23N b[16]实分2步。
材料相对密度接近0.85时,柱状颗粒接触,幂函数蠕变控制(PLC)的长大起作用;相对密度超过0.9时,扩散晶界滑移(DAGS)起作用,即孤立菱形孔不断收缩,从而使材料致密[18]。
用压实显微机械-单胞模型来模拟此过程,DAGS为压实主要机制。
溅射法+VHP制备的纳米级 -SM1240/T i-6-4中, 760℃～900℃间产生超塑性,压实所需的温度和压力比其它复合材料的低。
有限元分析模型预测值与实验结果吻合得较好[19]。
2 强化纤维与基体材料2.1 强化纤维强化纤维应在不低于1000℃时仍具有较高的模量和拉伸强度,且相对于钛基体要稳定,二者的热膨胀系数差别要小。
商品化的纤维见表2,最成功的是Tex tron公司制备的连续SiC纤维SCS-6。
商用纤维大多数是用CVD法制备的大直径的SiC单纤维,它具有较好的高温强度、热稳定性和抗氧化性。
SiC纤维共有两类:一类是含直径为33 m碳芯的纤维,牌号为SCS-0,SCS-6,SCS-ultra,SCS-9;另一类是含直径为13 m钨芯的纤维,牌号为 SM1140+和 SM1240。
含碳芯的SiC纤维热稳定性比钨芯的 SM1140+好得多。
表2 一些商用连续纤维的特性[20]Tab.2 Properties of some commercial continuous fibers类型T y pe名称N ame生产商Pr oducer直径Diameterd/ m拉伸强度U T S/G Pa模量M o dulus/GP a保护涂层Pr ot ect iveco ating涂层厚度T hickness o fco ating/ mSiC -SM1140+DERA-Sigma106 3.4400SiC -SM1240+DERA-Sigma100C+T iB x 1.3+1.3 SiC SCS-0+T ex tr on140N o coat ing无涂层SiC SCS-6+T ex tr on140 4.0400C-r ich do uble富碳的双涂层2～4 SiC SCS-ultr a T ex tr on140 6.2420SiC T r imar c A mer co m125 3.5410T r iplex C三层碳涂层3A l2O3Sapphir e Sa phiko n I nc.120 3.4410 另一类强化剂为Al2O3单晶纤维,它的热稳定性、机械性能好;热膨胀系数更接近钛基合金,纤维与基体的热应力小,制备及热循环时基体中不易形成微裂纹。
供应的此纤维无外保护涂层。
其涂层工艺尚未成熟,价格昂贵,仍在探索之中[21]。
2.2 基体根据使用温度的不同,复合材料常见的基体有近 , , + , 合金及TiAl基合金。
其中研究较多的为Ti-6Al-4V[20]。
合金(Ti-15-3, 21S)的冷成型性优于 + 合金,但其蠕变抗力较低,某些应用条件下横向性能达不到要求。
新一代涡轮发动机使用温度较高,这就要求复合材料基体的高温性能要好,近 合・212・稀有金属材料与工程29卷金能满足要求,如Ti-6-2-4-2,T i-1100和IM I834。
在TiAl基复合材料中,首先研究了SCS6/T i-24Al-11Nb,其基体主要由 2相组成,它与SCS6纤维中的富碳涂层不相容,复合材料的延性、蠕变抗力较低,横向性能不佳[22]。
固化压实后的SiC/T i-48Al-2Cr-Nb 中可见大量裂纹,基体/纤维间热膨胀系数不同,热残余应力较大所致[20]。
近来还研究了含有序O相的TiAl基复合材料[10]。
这类材料综合性能优异,室温延性较好,拉伸和蠕变性能提高,热稳定性和疲劳性能大大提高,纤维/基体界面反应较小。
基体合金范围为Ti-(21～25)Al-(17～27)Nb。
表3示出一些国家所研究的连续纤维复合材料及其潜在的用途。
从表中可知,美、英等国连续纤维复合材料已进入工程应用研究阶段。
表3 一些连续纤维复合材料的用途Tab.3 Potential applications of some fiber reinf orced Ti-MMCs材 料M ater ial项目或财政资助Pr og ram o r financia l suppo rt应 用P ot ential a pplicatio n参考文献Refer enceSiC/T i-based alloy 美国综合高性能透平发动机技术(IHPT ET)和高速民用运输机(HSCT)项目;英国材料战略局的科技远景规划;T ext ro n风扇叶片、压气机盘和透平盘、排气嘴和转轴等;飞机蒙皮和刚性件供麦道公司;英国HO T O L航天飞机的纵梁、蒙皮,美国N A SP(X-30)航天飞机机身热结构[23]-SM1240/T i-6-4 SM-1140,1240/ T i-6-4,IM I834美国先进研究计划和国家航空航天局;DA R PA资助,英国航天局的结构材料中心汽轮机及其它航空结构件,航空汽轮机部件[18,19,23]SCS-6/T i-6-4composite plate SCS-6/T i-22Al-23N b 美怀特实验室的SBI R计划;T extr o n;美空军Scient ific r esear ch资助宇航飞机和先进战斗机的涡轮部件[10,15,23,24]SCS-6/T i-6-4-SM1240/T i-6-4R olls-R oy ce P lc.超音速飞机蒙皮[25,26]SCS-6/T i-25Al-10N b-3V-1M o 德国M IN ERV A Co mmitt ee与以色列科学合作项目资助先进航空器[27]3 复合材料的各向异性连续纤维增强钛基复合材料的特点有二:一是各向异性强,横向拉伸强度仅为纵向的30%～45%;二是纵向拉伸性能比基材的高得多。