SiC纖維增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的微觀組織研究.pdf

1、SiCf/TiAl基復(fù)合材料，不僅具有比重輕和優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，而且還具有良好的高溫抗氧化性和高溫抗蠕變能力，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。目前人們對SiCf/TiAl基復(fù)合材料的研究主要集中在界面反應(yīng)，而對復(fù)合材料中基體合金的研究相對較少，同時，由于 TiAl合金的不同及SiC纖維種類不同導(dǎo)致界面反應(yīng)機(jī)理不盡相同，所以有必要開展對復(fù)合材料基體合金的研究和深入對界面反應(yīng)機(jī)理的研究。此外，數(shù)值計算和計算機(jī)模擬是十分有用的工具，我們可

2、以使用它來處理一些實(shí)驗難解決的問題或驗證一些實(shí)驗現(xiàn)象。本文在實(shí)驗部分采用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀和透射電子顯微鏡對SiCf/TiAl基復(fù)合材料以下方面進(jìn)行了研究：(1)箔-纖維-箔法制備過程中，復(fù)合材料基體合金的組織變化；(2)基體涂層法制備過程中，復(fù)合材料基體合金的組織變化；(3)SiCf/C-coating/TiAl體系的界面反應(yīng)；(4)SiCf/B4C-coating/TiAl體系的界面反應(yīng)。在數(shù)值計算和計算機(jī)模擬部分研究了(

3、5)濺射過程中基體涂層和靶材表面成分的變化；(6)基體涂層法制備復(fù)合材料過程中，基體合金的轉(zhuǎn)變過程。
　　箔-纖維-箔法制備的復(fù)合材料中，靠近SiC處的基體為單相γ組織；單相γ組織外側(cè)存在一定寬度的α2/γ片層組織；較遠(yuǎn)處為α2/γ片層組織、單相γ晶粒和晶間析出 B2相的混合組織。箔-纖維-箔法制備的復(fù)合材料中基體組織的這種分布與纖維中C和基體中Al元素的擴(kuò)散密切相關(guān)，并與熱壓成形過程中基體的塑性變形和變形儲存能的積累有關(guān)。

4、>　　基體涂層法制備復(fù)合材料過程中由于磁控濺射初期溫度低、晶體形核困難，所以先在SiC表面形成非晶TiAl；隨后在濺射升溫—濺射保溫過程中，部分非晶轉(zhuǎn)變成亞穩(wěn)的α-Ti(Al)，還有小部分非晶區(qū)域因 Al元素偏聚而轉(zhuǎn)變成TiAl3；在隨后更高溫度的熱等靜壓過程中，非晶 TiAl、α-Ti(Al)和TiAl3轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的γ-TiAl和α2-Ti3Al。
　　SiCf/C-coating/TiAl復(fù)合材料的界面反應(yīng)研究顯示在C涂層和基

5、體合金之間產(chǎn)生 TiC、Ti2AlC和(Ti,V)5(Si,Al)3三種界面反應(yīng)產(chǎn)物。其中，TiC靠近 C涂層，(Ti,V)5(Si,Al)3靠近基體合金，柱狀的Ti2AlC相存在于 TiC層和(Ti,V)5(Si,Al)3層之間。TiC層由細(xì)晶 TiC層和粗晶 TiC層組成，其中細(xì)晶 TiC層包含一些非晶 C區(qū)，細(xì)晶 TiC層與粗晶 TiC層通過一個斷續(xù)的非晶 C層分開。此外，一些Ti擴(kuò)散過C涂層，在SiC表面形成零星的TiC顆粒。<

6、br>　　SiCf/B4C-coating/TiAl復(fù)合材料的界面反應(yīng)研究顯示在B4C涂層和基體合金之間產(chǎn)生非晶 C、TiB2、TiC、TiB和Ti2AlC五種界面反應(yīng)產(chǎn)物，這五種界面反應(yīng)產(chǎn)物組成四個反應(yīng)層：B4C-coating表面上的非晶C層|TiB2+非晶C組成的混合層|TiC層|靠近基體處TiB+Ti2AlC組成的混合層。
　　本文通過建立簡化濺射模型，使用數(shù)值計算方法計算了濺射過程中涂層和靶材表面的成分變化。計算結(jié)果符合