论文部分内容阅读
该文对SiC连续纤维增强Ti合金和γ-TiAl基复合材料的界面反应进行了研究.分析了复合材料的界面产物及其反应机理,考察了合金化元素和高温热暴露对复合材料界面反应的影响,并对冷热循环处理对界面的影响作了初步探讨.对材料复合工艺的研究表明:SiC/TA1、SiC/Ti-15-3、SiC/Ti-60复合材料分别可以在850℃/50MPa/30min、950℃/50MPa/45min和980℃/50MPa/60min的条件下通过真空热压制得.对SiC纤维增强工业纯钛TA1、β钛合金Ti-15V-3A1-3Cr-3Sn(Ti-1 5-3)和高温钛合金Ti-5.6A1-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.25Si-1Nd(Ti-60)的界面反应产物和反应机制进行了分析.以TA1为基体的复合材料的界面反应产物是Ti<,3>SiC<,2>、TiC、Ti<,5>Si<,3>和Ti<,3>Si等.其中的Ti<,3>SiC<,2>是过渡相,在热暴露过程中分解为TiC和Ti<,5>Si<,3>.在复合材料的制备过程中,纤维表面的碳涂层与纯钛基体直接接触,首先发生化学反应,在反应的最初阶段形成了Ti<,3>SiC<,2>相;随着反应的进行,反应前沿的成分发生变化,不再生成Ti<,3>SiC<,2>,而是形成了TiC和Ti<,5>Si<,3>;紧挨基体的一层反应产物是Ti<,3>Si.SiC/Ti-15-3复合材料的产物是TiC、Ti<,5>Si<,3>等,由于基体中添加了大量的V、Al、Cr、Sn等合金化元素并且提高了复合材料的制备温度,未生成Ti<,3>SiC<,2>相.因为基体合金中Zr元素的存在,SiC/Ti-60的界面反应产物是TiC和(Ti,Zr)<,5>Si<,3>.在SiC纤维增强Ti-48A1-1.5Mn和Ti-47A1-2Cr-2Nb-0.15B两种γ-TiAl基复合材料的制备过程中,形成了TiC、Ti<,5>Si<,3>、Ti<,2>A1C等界面反应产物;在Ti-47A1-2Cr-2Nb-0.15B合金为基体的复合材料中,还形成了Cr-Si-C三元化合物.经过高温热暴露以后,复合材料的界面反应区厚度增加.热暴露温度升高和时间延长都能使反应区进一步长大.复合材料的界面反应区厚度与热暴露时间呈抛物线关系,反应区长大速率常数与温度之间遵循Arrhenius定律.在SiC/TA1、SiC/Ti-15-3、SiC/Ti-60复合材料中,SiC/Ti-15-3的反应区长大激活能最高,SiC/Ti-60的激活能最低,但是SiC/Ti-60复合材料的频率因子只是其它两种复合材料的10<-4>.基体合金化提高了SiC/Ti-15-3复合材料的界面稳定性.Zr元素的添加降低了SiC/Ti-60界面反应区的长大激活能.界面反应区内的元素线分布表明,在SiC/TAl复合材料中,Si、Ti、C三种元素都参加了界面反应;在SiC/Ti-15-3复合材料中,只有Ti、V元素在反应区内的浓度比较高,其它的合金化元素基本上未参加界面反应;在SiC/Ti-60复合材料中,基体中的Zr元素对界面反应产生影响并在反应区内富集.