碳化硅纤维增强体钛铝基体的原位合成与控制及其动力学解析.PDF

第43 卷 第2 期 稀有金属材料与工程 Vol.43, No.2 2014 年 2 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING February 2014 碳化硅纤维增强体钛铝基体的原位合成 与控制及其动力学解析 1,2 1 2 2 曲海涛 ，任学平 ，侯红亮 ，赵 冰 ( 1. 北京科技大学，北京 100083) (2. 北京航空制造工程研究所，北京 100024) 摘 要：利用磁控溅射，采用钛靶和铝靶按照一定功率比在 SiC 纤维表面沉积钛与铝，制备 SiC 纤维的 Ti-Al 基复合 先驱丝，按密排堆垛置于包套之中并经热等静压制备碳化硅纤维增强钛铝基试样。通过扫描电镜观察组织形貌，研究 热等静压及真空热处理对组织结构、界面反应层的影响，应用XRD 与能谱分析，研究磁控溅射功率对原子比的影响以 及钛铝原位反应过程中相比例的变化规律，采用差示扫描量热法（DSC ，differential scanning calorimetry ）对钛铝反应 2 进行动力学分析。结果表明，钛靶与铝靶的溅射功率直接影响钛铝的原子比，TC4 和Al 靶功率分别为 13 和4.5 kW/m ， 2 其铝含量为27at% ；TC4 和Al 靶功率分别为 13 和8.3 kW/m ，其铝含量为49at% 。此外，动力学研究表明，Al Ti 是钛 3 铝反应的优先生成相，随着 Al 的扩散，逐渐形成TiAl 、Al Ti 和 Ti Al ，但经过Al 的充分扩散，其最终形成的稳定相 2 3 取决于钛铝的原子比，若原子比为 1:1，则最终形成TiAl 相，且不同原子比区域形成的TiAl 、Ti Al 可共存。 3 关键词：碳化硅纤维；钛铝；原位合成；动力学；磁控溅射 中图法分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2014)02-0351-05 碳化硅纤维增强钛基复合材料是集长纤维的高强 价金属通过原位合成钛铝金属间化合物基体，既节约成 度、高刚度和高抗蠕变性与钛合金和钛铝金属间化合物 本，又缩短工艺流程。本实验主要研究磁控溅射功率对 的高损伤容限性为一体的复合材料，是未来航空航天工 钛、铝涂层原子比的影响，并分析钛、铝原位合成反应 [1-5] 业中极具应用价值的材料之一 ，其中钛铝金属间化 及其反应动力学，为该方法的应用提供科学依据。 合物基复合材料较钛基复合材料有着更优越的高温性 [6-9] 1 实 验 能 ，使用温度