NiAl改性C-C復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、NiAl金屬間化合物具有高熔點，高熱導(dǎo)率，低密度，抗氧化性能良好等優(yōu)異特點，作為高溫熱結(jié)構(gòu)材料極具應(yīng)用前景。利用NiAl改性C/C復(fù)合材料，有望彌補C/C復(fù)合材料高溫抗氧化性能差，與外涂層匹配性差等缺陷。
　　本文系統(tǒng)地考察了NiAl改性C/C復(fù)合材料添加劑的選擇，并優(yōu)化了添加劑的含量。采用真空熔滲技術(shù)制備NiAl改性C/C復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、滲透機制、力學性能和氧化機理。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)

2、在NiAl-C體系中，NiAl與C不潤濕;在NiAl-MC(M=Si，Zr,Ti)體系中，NiAl與碳化物潤濕性關(guān)系為:TiC≥ZrC＞＞SiC;添加Ti能改善NiAl和C/C復(fù)合材料的潤濕性，Ti的添加量為15％（質(zhì)量含量）時具有最佳潤濕效果，過量效果變差。
　　(2)以1.35 g/cm3的C/C復(fù)合材料作為基體，采用真空熔滲法制備了NiAl改性C/C復(fù)合材料。NiAl滲透層的厚度約為0.8～0.9 mm，密度從1.35 g/

3、cm3提高到2.47 g/cm3，孔隙率從27％下降到15.1％，滲透層的平均洛氏硬度達到40 HRB，較C/C復(fù)合材料高30.4％。滲NiAl后，材料的相組成為C、TiC和NiAl，存在的界面有Cf-C，Cf-TiC，TiC-NiAl，TiC-C，同時TiC顆粒相在NiAl熔體中呈網(wǎng)格狀分布。影響NiAl滲透效果的因素主要為:TiC顆粒分布不均勻;Ti和C反應(yīng)劇烈，易產(chǎn)生堵孔效應(yīng);當TiC界面層形成后，Ti在TiC中擴散系數(shù)極低，影響

4、Ti熔體往深孔中滲透，從而影響NiAl滲透。
　　(3) NiAl改性C/C復(fù)合材料彎曲斷裂表現(xiàn)為典型的“假塑性”斷裂，而C/C復(fù)合材料僅存在短暫的塑性斷裂，隨即轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?NiAl滲透層夾帶炭纖維從C/C基體內(nèi)部拔出，是形成“假塑性”斷裂的原因。滲NiAl后材料的橫向斷裂強度下降24.4％，可能是Ti的滲入對炭纖維造成一定程度的損傷。拉伸斷裂時，斷裂發(fā)生在靠近C/C基體區(qū)域，且靠近C/C基體斷口形貌與C/C復(fù)合材料斷裂類似，

5、靠近NiAl滲透層區(qū)域，炭纖維在金屬層和C/C基體界面處發(fā)生斷裂，表現(xiàn)出NiAl-TiC-Cf界面良好的結(jié)合強度。
　　(4) NiAl改性C/C復(fù)合材料在1500℃靜態(tài)空氣下氧化后表面產(chǎn)物相為β-Al2TiO5和TiO2;NiAl改性C/C復(fù)合材料基體內(nèi)部氧化為:炭纖維沿界面處氧化，形成典型的“尖劈狀”結(jié)構(gòu)，部分炭纖維則氧化殆盡，炭纖維周圍的NiAl-TiC層表現(xiàn)為外圈氧化為Al2TiO5，內(nèi)圈殘留部分未被氧化的NiAl-TiC