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SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学
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&&SiC纤维增强Ti基复合材料(SiCf/Ti)容易发生界面反应,从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究,对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf/Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学,发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC,长期高温热处理使得界面反应加剧,TiC层加厚,当C涂层完全消耗后
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1991年在获博士学位,1993在完成博士后研究工作,1996年被聘为博士生导师。和在德国航空航天中心材料研究所做访问学者和客座研究员。现兼任中国体视学会材料科学分会常务理事、中国热处理学会理事、中国热处理学会物理冶金专业委员会副主任。西北工业大学首批跨世纪学术带头人,享受国务院政府特殊津贴,陕西省优秀留学回国人员,西北工业大学金属基复合材料学科带头人。已发表学术论文200余篇,已获国家科技进步奖一项、省部级科技进步奖五项、国家科技成果重点推广项目一项。
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文档介绍:
第 20 卷专辑 1 中国有色金属学报 2010 年 10 月Vol.20 Special 1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Oct. 2010文章编号:10)S1-s0203-04SiCf/TC17 复合材料的室温拉伸性能张旭,杨青,王玉敏,雷家峰,杨锐(中国科学院金属研究所,沈阳 110016)摘要:采用磁控溅射先驱丝法制备 SiCf/TC17 复合材料,结果表明:复合材料中 SiCf 纤维呈近六方排布,纤维与基体之间结合紧密,没有出现空洞;复合材料的室温抗拉强度为 1 773 MPa,相比 TC17 基体提高 83.3%;复合材料的拉伸断口宏观上属于脆性断裂,断口处有大量的界面分离、纤维拔出,其中界面分离最容易发生在 C 层与反应层间的界面处。关键词:钛基复合材料;SiC 纤维;先驱丝法;拉伸性能中图分类号:TG 146.23 文献标志码:ATensile property of SiCf/posite at room temperatureZHANG Xu, YANG Qing, WANG Yu-min, LEI Jia-feng, YANG Rui(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Science, Shenyang 110016, China)Abstract: SiCf/posite was prepared by a method of precursor wire with ron sputtering. The resultsshow that the pletely with the posite and no porosity is detected, and the fibers are arrangednearly forming an hexagonal array. The tensile strength of posite reaches 1 773 MPa, increased by about 83.pared with that of the matrix. Macroscopically, the fracture of posite is brittle fracture, interface debondingand fibre pull-out are found universally and the interface debonding most easily occurs at the interface between theC-coating layer of SiC fibre and interfacial reaction layer.Key words: SiC tensile property与传统钛合金相比,SiC 纤维增强钛基复合材料(TMCs)具有更高的比强度、比模量和工作温度,因此,在航空航天领域具有更加广阔的应用前景。将其制成发动机的转子和风扇叶片等部件,可极大地减轻飞行器质量,提高飞行器的工作效率[12]。在国外,对于SiC 纤维增强钛基复合材料的研究较早,已成功制备出 Ti-6Al-4V、Ti-6242、Ti-15-3、Timetal 834 等不同钛合金基体的复合材料[36],并且进行了各种性能测试以及典型构件的研制。近年来,一些国内单位在该领域的研究工作也相继展开,工作主要集中在对 SiCf/Ti-6Al-4V 复合材料的研究,包括对其制备工艺的探索[7],微观结构的观察[8],界面反应机理的分析[9]等,而关于SiCf/TC17 复合材料的研究却鲜见报道。TC17(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo)比 Ti-6Al-4V 具有更高的室温、高温强度和更大的蠕变抗力,常被制成盘状部件应用于涡轮发动机中。SiC 纤维增强 TC17 复合材料,制成盘件后,可以起到减轻质量和增强性能的双重效果。磁控溅射先驱丝法制备 SiC 纤维增强钛基复合材料可以根据部件形状要求设计纤维排布,并且能精确控制纤维的体积分数[7, 10],以获得适合制备形状复杂且性能要求较高的复合材料结构件。本研究采用该方法制备 SiCf/TC17 复合材料,研究 SiCf/TC17 复合材料的室温拉伸性能及其断裂机制,为后续 SiCf/TC17复合材料结构件的研制工作提供一定的性能依据。通信作者:王玉敏;***:024-;E-mail: yuminwang@imr.中国有色金属学报 2010 年 10 月s204 1 实验1.1 SiCf /TC17 复合材料的制备实验所用 SiC 纤维由中国科学院金属研究所采用化学气相沉积法(CVD)生产,直径 100 μm,C 层厚度约 2 μm。利用双对靶磁控溅射仪将基体 TC17 合金沉积到 SiC 纤维表面制成复合材料先驱丝。将先驱丝装入 TC17 包套管中,经真空封装、热等静压成型后得到 SiCf /TC17 复合材料的棒状样品。1.2 微观形貌观察使用线切割机按垂直于纤维排列方向切取试样,试样经过研磨、抛光、腐蚀后,利用 Hitachi S3400N扫描电子显微镜(SEM)对其微观形貌进行观察。1.3 室温拉伸实验将SiCf/TC17复合材料棒状样品加工成拉伸试样,其示意图如图 1 所示。试样芯部复合材料的直径为3.75 mm,试样表面进行抛光以消除机械加工痕迹。同时,模拟热等静压的实验条件对 TC17 合金棒状样品进行热处理,加工成拉伸试样,进行室温拉伸试验。试验采用 Instron5582 电子万能试验机。图 1 SiCf /TC17 复合材料拉伸试样示意图Fig.1 Schematic diagram of tensile specimen of SiCf/posite (mm)2 结果与讨论2.1 SiCf /TC17 复合材料形貌图 2 所示为 SiCf/TC17 复合材料棒状样品横截面的形貌。由图 2 可以看出,纤维的分布均匀,呈现近六方排布。整个截面上没有发现孔洞和缝隙等未压实的迹象,表明制备过程所采用的固化工艺是合适的。图 3 所示为 SiC 纤维与基体的界面形貌。由图 3可知,SiC 纤维与基体结合良好,在纤维和基体之间形成一个厚度约为 1 μm 的界面反应层,反应层主要成分是 TiC[9];纤维与 C 层、C 层与反应层、反应层与基体这 3 种界面都没有开裂的迹象;经热等静压处理后,未消耗的 C 层厚度为 1.6 μm。图 2 SiCf /TC17 复合材料的横截面形貌Fig.2 Cross-sectional view of SiCf /posite图 3 纤维与基体的界面形貌Fig.3 Interface morphology between fiber and matrix2.2 SiCf /T1
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