SiC纖維增強TiAl基復合材料的微觀組織研究.pdf

1、SiCf/TiAl基復合材料，不僅具有比重輕和優(yōu)異的高溫強度，而且還具有良好的高溫抗氧化性和高溫抗蠕變能力，是一種具有廣闊應用前景的高溫結構材料。目前人們對SiCf/TiAl基復合材料的研究主要集中在界面反應，而對復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纖維種類不同導致界面反應機理不盡相同，所以有必要開展對復合材料基體合金的研究和深入對界面反應機理的研究。此外，數(shù)值計算和計算機模擬是十分有用的工具，我們可

2、以使用它來處理一些實驗難解決的問題或驗證一些實驗現(xiàn)象。本文在實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基復合材料以下方面進行了研究：(1)箔-纖維-箔法制備過程中，復合材料基體合金的組織變化；(2)基體涂層法制備過程中，復合材料基體合金的組織變化；(3)SiCf/C-coating/TiAl體系的界面反應；(4)SiCf/B4C-coating/TiAl體系的界面反應。在數(shù)值計算和計算機模擬部分研究了(

3、5)濺射過程中基體涂層和靶材表面成分的變化；(6)基體涂層法制備復合材料過程中，基體合金的轉變過程。
　　箔-纖維-箔法制備的復合材料中，靠近SiC處的基體為單相γ組織；單相γ組織外側存在一定寬度的α2/γ片層組織；較遠處為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元素的擴散密切相關，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。

4、>　　基體涂層法制備復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轉變?yōu)榉€(wěn)定的γ-TiAl和α2-Ti3Al。
　　SiCf/C-coating/TiAl復合材料的界面反應研究顯示在C涂層和基

5、體合金之間產生 TiC、Ti2AlC和(Ti,V)5(Si,Al)3三種界面反應產物。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層由細晶 TiC層和粗晶 TiC層組成，其中細晶 TiC層包含一些非晶 C區(qū)，細晶 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擴散過C涂層，在SiC表面形成零星的TiC顆粒。<

6、br>　　SiCf/B4C-coating/TiAl復合材料的界面反應研究顯示在B4C涂層和基體合金之間產生非晶 C、TiB2、TiC、TiB和Ti2AlC五種界面反應產物，這五種界面反應產物組成四個反應層：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。計算結果符合