原位合成多元增強(qiáng)鈦復(fù)合材料（TiB+TiC+Y-,2-O-,3-）-Ti的微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、近年來，具有高比強(qiáng)、高比模的鈦基復(fù)合材料引起人們廣泛關(guān)注，尤其是具有耐高溫性能的鈦基復(fù)合材料，有望成為最具潛力的新一代航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料之一。因此，進(jìn)一步提高鈦基復(fù)合材料的高溫性能是一個(gè)十分重要的問題。而稀土氧化物和陶瓷相顆粒多元增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料是未來高溫鈦基復(fù)合材料的重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。多元增強(qiáng)體的加入，可極大地彌補(bǔ)了兩元復(fù)合材料的材料的缺點(diǎn)，產(chǎn)生兩元復(fù)合材料所不具有的新性能，有望進(jìn)一步改善復(fù)合材料的高溫性能。而對(duì)鈦基復(fù)合材料而言

2、，其高溫力學(xué)性能主要取決于鈦基體、增強(qiáng)體的微觀組織特性以及增強(qiáng)體與增強(qiáng)體、增強(qiáng)體與基體界面結(jié)構(gòu)。因此，深入研究鈦基復(fù)合材料增強(qiáng)相的微觀結(jié)構(gòu)，揭示其機(jī)理，對(duì)于為今后設(shè)計(jì)和優(yōu)化高溫鈦基復(fù)合材料的組織性能提供理論依據(jù)有著十分重要的學(xué)術(shù)意義。 本研究針對(duì)這一科學(xué)問題，提出在鈦基復(fù)合材料的制備過程中，利用原位合成方法，采用海綿鈦、B4C、B2O3粉末和稀土Y，通過非自耗電弧熔煉的方法，制備原位合成多元增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料(TiB+TiC+Y

3、2O3)/Ti，重點(diǎn)在于研究其微觀組織特征；并運(yùn)用X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡和高分辨透射電鏡分析原位合成(TiB+TiC+Y2O3)/Ti復(fù)合材料的物相、微觀組織、增強(qiáng)體TiB、TiC和Y2O3的微結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)機(jī)制；并對(duì)其增強(qiáng)體與基體之間的晶體學(xué)位向關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入地研究和分析。希望為今后對(duì)其組織和性能優(yōu)化提供理論依據(jù)；為制備低成本、高性能的鈦基復(fù)合材料探索新的途徑。本文的研究主要包括以下幾個(gè)方面： 1.

4、 通過非自耗電弧熔煉的方法，利用海綿鈦、B4C及B2O3粉末和稀土鑄錠Y，制備出了原位合成多元增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(TiB+TiC+Y2O3)/Ti；利用熱力學(xué)理論計(jì)算了反應(yīng)的吉布斯自由能，說明熱力學(xué)上該反應(yīng)是可行的。X射線衍射分析結(jié)果表明原位合成的增強(qiáng)體為TiB、TiC和Y2O3。 2. 在制備的原位合成(TiB+TiC+Y2O3)/Ti復(fù)合材料中，增強(qiáng)體分布均勻。增強(qiáng)體TiB晶須大部分呈針狀；TiC為等軸狀和近似等軸狀顆粒；Y2

5、O3的形貌隨著稀土Y含量的增加而改變，從近似等軸狀晶粗化生長(zhǎng)為樹枝狀晶，在基體中并存在較多納米級(jí)的增強(qiáng)體。增強(qiáng)體與基體Ti界面干凈，沒有反應(yīng)物存在。原位合成多元增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與其增強(qiáng)體的晶體結(jié)構(gòu)和凝固過程密切相關(guān)。 3. TEM和HREM觀察發(fā)現(xiàn)TiB和TiC之間存在著以下的位向關(guān)系：[001]TiB//[001]TiC，(010)TiB//(110)TiC，(200)TiB//(110)TiC； [010]TiB/

6、/[110]TiC，(001)TiB//(001)TiC，(200)TiB//(110)TiC； [120]TiB//[100]TiC，(20)?1TiB//(020)BTiC，(001)TiB//(001)TiC。 這三組位向關(guān)系可以通過晶體學(xué)變換而相互得到。增強(qiáng)體TiB與TiC的晶格錯(cuò)配度符合界面處晶格畸變能最小化原則，界面結(jié)合為共格的界面關(guān)系，其界面干凈，結(jié)合較好。 4. TEM和HREM觀察發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體Ti

7、B和基體Ti之間存在如下的以一系列晶體學(xué)位向關(guān)系： [010]TiB//[110]?2Ti，(001)TiB//(0001)Bti，(200)TiB//(100)?1Ti； [001]TiB//[0001]Ti，(020)TiB//(20)?1?1Ti，(200)TiB//(100)?1Ti。 這兩組位向關(guān)系是在晶體學(xué)上是相互等價(jià)的，可以通過晶體學(xué)轉(zhuǎn)換而相互印證。此外，增強(qiáng)體TiB與基體Ti還存在另一種位向關(guān)系：

8、 [010]TiB//[20]?1?1Ti，(002)TiB//(011)?1Ti。 兩相的界面潔凈，為錯(cuò)配度較小的半共格關(guān)系，界面結(jié)合良好。 5. TEM和HREM發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體Y2O3與Ti基體之間存在以下三組位向關(guān)系：[100]Y2O3//[011]?1Ti，(044)Y2O3//(01)?1?2Ti，(04)?4Y2O3//(110)?2Ti； [110]Y2O3//[1]?21?3Ti，(23)?2Y2O3//(0