纖維增強(qiáng)Ti-Al3Ti層狀復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料已經(jīng)逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，主要是通過(guò)纖維的加入來(lái)增強(qiáng)其強(qiáng)度韌性，但是關(guān)于纖維增強(qiáng)金屬基層狀復(fù)合材料的研究還鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)成功制備出了纖維增強(qiáng)層狀復(fù)合材料 Ti/Al3Ti。由于在 Al3Ti基體中引入的纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，材料的整體強(qiáng)度得到明顯提高，塑韌性得到改善，從而擴(kuò)大了它們?cè)谲娪梦溲b設(shè)備、航天及汽車工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。本碩士論文主要研究了金屬鎢絲和碳纖維兩種

2、增強(qiáng)體增強(qiáng)的金屬間化合物層狀復(fù)合材料Ti/Al3Ti的制備技術(shù)和力學(xué)性能。研究結(jié)果證明：
　　制備鎢絲增強(qiáng)Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的過(guò)程中，得到了最佳的制備工藝參數(shù)，即在最高溫度685℃下保溫時(shí)間4小時(shí)，所加壓力為3MPa，并且隨爐緩慢冷卻。此時(shí)，與其他制備工藝相比鎢絲剩余量較大，且裂紋缺陷減少。根據(jù)晶體學(xué)與熱力學(xué)理論，在不同溫度下鎢絲會(huì)與鋁發(fā)生不同機(jī)理的包晶反應(yīng)，而本實(shí)驗(yàn)采用的工藝使得最后在鎢絲周圍不存在鎢鋁的任何一種化合物

3、，二者最終以固溶體的形式存在。
　　碳纖維增強(qiáng)Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的制備過(guò)程中，在采取對(duì)碳纖維表面化學(xué)鍍銅處理后，能夠有效改善纖維與基體的潤(rùn)濕性，當(dāng)鍍銅溫度為30℃，振蕩時(shí)間為40min時(shí)，鍍銅效果最佳。當(dāng)最高溫度為685℃，在保溫階段經(jīng)過(guò)1.5h后開始加壓，采用階梯冷卻方式制備出的碳纖維增強(qiáng)Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料在顯微結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯缺陷，制備出的復(fù)合材料存在C、Ti與Al3Ti相，準(zhǔn)靜態(tài)下，垂直疊層方向加載的抗壓強(qiáng)

4、度為1545MPa，平行于疊層方向加載的抗壓強(qiáng)度為1175MPa；高應(yīng)變率加載條件下，垂直于疊層方向的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為1724MPa。在壓縮試驗(yàn)過(guò)程中，纖維在基體中斷裂方式為纖維的拔出斷裂，同時(shí)其斷口面又較為平整，因此還伴隨整根纖維的脆性斷裂。拉伸實(shí)驗(yàn)中，碳纖維增強(qiáng)Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為500MPa，應(yīng)變?yōu)?.13，而Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為413MPa，應(yīng)變?yōu)?.11，碳纖維的加入提高了材料的抗拉性能，