sic纤维钛基复合材料简介课件.pptVIP

* * 钛基复合材料加工 前言 在现有的基础上提高高温钛合金的使用温度存在着较大的 困难，难以满足日益苛刻的综合性能要求。于是，钛合金向 钛材料的新一族——钛基复合材料(TMCs)发展的转移趋势也 应运而生。近年来，由于其相对钛合金更为优异的综合性 能，钛基复合材料引起人们广泛关注。 钛基复合材料的种类 　　　钛基复合材料主要分为两大类：连续纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料。早期研究的主要领域是以碳化硅纤维增强的钛基复合材料，可显著提高基体合金的机械性能，但纤维增强钛基复合材料受到以下几个因素的制约：碳化硅纤维价格昂贵、加工工艺复杂、各向异性。此外，钛基复合材料中SiC纤维与钛基体热膨胀系数相差较大，容易在制备和服役过程中产生较大的热应力，且在高温条件下与钛基体发生界面反应而生成TiCx、Ti5Si3(C)等产物，严重影响复合材料的性能。上述几个因素严重地限制了连续纤维增强钛基复合材料的应用。 　　　最近，以外加或原位生成的非连续增强钛基复合材料因其制备和加工工艺与钛合金相似，成本与钛合金材料接近，可望在航空航天和军工领域的许多高温结构中获得实际应用。低密度、高模量和高强度的陶瓷颗粒或短纤维加入钛合金基体中，可显著提高材料的比模量、比强度和蠕变性能，进一步提高它的使用温度，以满足高温钛合金不断发展的需要。因此，非连续增强钛基复合材料是目前的重要研究方向。此外，陶瓷增强相可显著提高基体合金的耐磨性，结合钛合金耐腐蚀的优点，满足航空航天和军工领域对材料耐磨、耐蚀的要求。 SiC纤维增强钛基复合材料 简要介绍 SiC纤维增强钛基复合材料 SiC纤维增强钛基复合材料是以SiC纤维为增强相以钛（或钛合金）为基体的新型复合材料，具有高比强度、高比刚度、 高的蠕变及疲劳性能，为基体钛合金所无法比拟，因而可在更高温度使用。纤维增强钛基复合材料在航空航天领域中有广阔应用前景， 可大大减轻飞行器的结构重量， 提高飞行器的工作效率。近 2 0年来材料工作者对其进行了深入的研究， 并取得了突破性进展 简要介绍 SiC纤维增强钛基复合材料制备工艺 SiC纤维增强的制备过程分为复合和压实2个过程。钛的化学性质活泼，钛合金在高温下可以和大多数增强纤维发生化学反应，生成有害的界面反应物导致复合材料力学性能下降，故只能用固相法制备。目前SiC纤维增强钛基复合材料的制备技术主要有：等离子喷涂法(MCM) 纤维增强和纤维涂层法(MCF)。常用的固化压实技术有热等静压(HIP)和真空热压(VHP)2种。 1 2 3 成型方法 等离子喷涂法(MCM) 纤维涂层法(MCF) SiC纤维增强法的其他制备工艺 1 成型方法 等离子喷涂法(MCM) 该工艺用等离子喷枪把熔融或者接近熔融状态的钛合金以微米级颗粒喷向缠绕有纤维的转轮上，将冷凝之后形成的单层薄带切割下来，多层叠放，然后热压或热等静压制成复合材料。该方法用熔融的钛合金基体固定增强纤维，克服了FFF法纤维不易固定的缺点，固压成型后纤维分布均匀。但由于熔融钛合金温度高，与纤维接触时会发生界面反应。在用该工艺制备SMl240／Ti一48A1—2V和SCS一6／Ti一48AJ一2V中发现：前者在界面处生成TiC、Ti2AlC、TiB。和Ti5SiC。，后者在界面处生成TiC、Ti5AlC和Ti5Si3C2，降低了复合材料的性能。 1 成型方法 等离子喷涂法(MCM) 优点： 克服了FFF法纤维不易固定的缺点，固压成型后纤维分布均匀。 缺点： 由于熔融钛合金温度高，与纤维接触时会发生界面反应； 在用该工艺制备SMl240／Ti一48A1—2V和SCS一6／Ti一48AJ一2V中发现：前者在界面处生成TiC、Ti2AlC、TiB。和Ti5SiC。，后者在界面处生成TiC、Ti5AlC和Ti5Si3C2，降低了复合材料的性能。 2 成型方法 纤维涂层法(MCF) 图5 MCF法制备FTMCs的示意图 2 成型方法 纤维涂层法(MCF) 用纤维涂层法可以获得最佳的纤维分布。该工艺用物理气相沉积法(PVD)把基体合金作为涂层材料，均匀地涂在单根纤维上，然后将基体涂层纤维捆绑、排布、封装后热压或热等静压成形，如图4所示。 2 成型方法 纤维涂层法(MCF) 优点： ①具有极好的纤维分布，无接触聚集，只要纤维之间间距在30um以上，材料就不会因热应力而造成裂纹； ②成型工艺不像FFF法那样要求严格； ③纤维／基体界面区没有或几乎没有被扰乱； ④低的离群性； ⑤原则上几乎任何合金都可作基体； ⑥不需要箔材和粉冶材料； ⑦MCF适于用单丝缠绕制取环、盘和管材，其他方法成本很高且成形件性能较低； ⑧纤维的体积含