反應熱壓制備Nb-,2-O-,5-強化Al-,2-O-,3--TiAl復合材料.pdf

1、本文采用反應熱壓(RHP)制備工藝，利用Ti、Al、TiO2以及Nb2O5粉末之間的放熱反應，在較低的溫度下，制備了Nb2O5強化Al2O3/TiAl復合材料。借助差熱分析(DTA)、X-射線衍射分析(XRD)、光學金相顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等手段，研究了放熱體系的反應機理，考察了Nb2O5對Al2O3/TiAl復合材料物相分布、微觀組織結構的影響；通過力學性能測試，初步探討了材料的斷裂及強韌化機理；采用熱重(TG)實

2、驗評價了材料的高溫抗氧化性能。 基于熱力學和動力學理論，結合DTA和XRD分析，運用分解反應過程的方法，探討了Al-Ti-TiO2-Nb2O5體系反應的微觀過程。體系的反應過程大致為：在Al熔化的同時，發(fā)生了Al和Nb2O5的置換反應，出現(xiàn)NbO2和Nb等中間產(chǎn)物，同時放出了較多的熱量；這些熱量促使Al，Ti較早化合生成TiAl3，隨即引發(fā)Al和TiO2較早地反應，最終使得材料在較低的溫度下(約為1200℃)達到致密燒結。

3、 XRD、SEM以及OM測試顯示，Nb2O5強化Al2O3/TiAl復合材料的產(chǎn)物由γ-TiAl，a2-Ti3Al，Al2O3和NbAl3相構成，Al2O3顆粒分布于基體交界處，存在一定程度的偏聚。Nb2O5的引入，改變了基體γ-TiAl相和a2-Ti3Al相的相對含量，γ-TiAl相的含量減少，a2-Ti3Al相含量增大。同時，基體晶粒有所細化，且分布逐漸趨于均勻。當Nb2O5的引入量為6wt％時，組織主要由a2/γ層片狀晶團組成，

4、出現(xiàn)了比較完整的γ晶粒，屬于近片層組織(NL)結構類型，層片狀晶團的尺寸小于50μm，γ晶粒尺寸小于5μm。 在30MPa、1200℃的實驗條件下，可以獲得致密性較好的復合材料，相對密度在94.6-96％.之間。力學性能測試表明，添加Nb2O5的復合材料的抗折強度明顯高于未添加Nb2O5的材料的抗折強度，且當Nb2O5的引入量為6wt％時，抗折強度達到最大值，約為593MPa；隨著Nb2O5添加量的逐漸增大，復合材料的彈性模量和

5、比剛度均呈上升趨勢；當Nb2O5的引入量為6wt％，20wt％時，材料的維氏硬度(Hv)分別為4.77GPa和5.14Gpa，斷裂韌性(KIC)分別為8.93MPa·m1/2、8.68MPa·m1/2，材料韌性較好。 斷口形貌SEM測試表明，材料的斷裂方式主要是準解理斷裂和沿晶斷裂，并伴有少量的穿晶斷裂，表現(xiàn)出脆性斷裂方式；協(xié)同韌化、晶粒細化和第二相顆粒增韌是材料的主要強韌化機制。 1000℃下的熱重實驗顯示，在1000