SiC顆粒增強(qiáng)鈦-鋁系層狀復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能.pdf

1、Ti-Al系金屬間化合物基層狀復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度高、比熔點(diǎn)高、彈性模量高以及優(yōu)異的抗氧化性和耐腐蝕性等性能，在航空航天、艦船、現(xiàn)代武器裝備等高技術(shù)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。然而Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料具有獨(dú)特的疊層結(jié)構(gòu)，其中韌性Ti只是改善了Al3Ti的塑性，但是未曾從本質(zhì)上提高Al3Ti的強(qiáng)度。由于碳化硅顆粒具有低密度、低膨脹、高導(dǎo)熱、高彈性模量、高硬度、高剛度并且各向同性等優(yōu)異性能可應(yīng)用于金屬間化合物基層狀復(fù)合材料中，以此

2、進(jìn)一步提高金屬間化合物基層狀復(fù)合材料Ti/Al3Ti的強(qiáng)度水平，發(fā)揮出SiC顆粒優(yōu)異的性能。
　　本研究以SiC顆粒、Al粉和Ti箔為原材料，依次采用球磨法、粉末冶金技術(shù)、熱軋工藝和真空熱壓燒結(jié)等技術(shù)制備出SiCp-Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料。在層狀復(fù)合材料基體Al3Ti中引入SiC顆粒，大幅提升Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的強(qiáng)度并改善其塑性。對比引入SiC顆粒制備層狀復(fù)合材料的不同方式，并控制制備工藝參數(shù)獲得SiCp-Ti/A

3、l3Ti層狀復(fù)合材料的最優(yōu)工藝。采用掃描電子顯微鏡（ SEM）、能譜儀（ EDS）等測試手段對SiCp-Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，分析層狀復(fù)合材料中SiC顆粒和Al、Al和Al3Ti之間界面的結(jié)合情況；采用X射線衍射儀（XRD）對層狀復(fù)合材料的物相進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果表明：在基體Al3Ti中形成了一層由殘余Al包覆SiC顆粒的中間層，其中SiC顆粒與殘余Al的界面結(jié)合良好且無缺陷及孔洞；通過EDS線掃面分析界面處有3μm

4、左右的擴(kuò)散層，XRD確定物相組成為Ti、Al3Ti、SiC、Al和微量Al2O3。
　　本文采用阿基米德原理、顯微硬度測試以及超聲波法確定SiCp-Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的密度、硬度和彈性模量等物理性能指標(biāo)。并采用萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)和Hopkinson壓桿對材料的力學(xué)性能進(jìn)行測試，分析材料斷裂機(jī)理。結(jié)果表明：加入SiC顆粒后大幅提高了Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的力學(xué)性能，其抗壓強(qiáng)度顯著高于Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料，且塑性也

5、得到了改善。隨著殘余Al體積分?jǐn)?shù)的降低，SiCp-Ti/Al3Ti的抗壓強(qiáng)度提高，斷裂應(yīng)變降低。SiCp-Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度隨著應(yīng)變率的增加而提高，但是斷裂應(yīng)變隨之降低。準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試結(jié)果表明SiCp-Ti/Al3Ti的抗拉強(qiáng)度為446MPa，斷裂應(yīng)變?yōu)?.3％。根據(jù)斷口形貌表明不同受力狀態(tài)（壓應(yīng)力和拉應(yīng)力）不影響 SiCp-Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的斷裂方式，結(jié)果表現(xiàn)出不同層具有不同斷裂方式，Ti層呈現(xiàn)韌窩形貌