Ti-Ti-Al微層板的設計與EB-PVD工藝制備研究.pdf

1、國內圖書分類號：TB132.3 國際圖書分類號：620.172 工學博士學位論文 Ti/Ti-Al微層板的設計與 微層板的設計與EB-PVD 工藝制備研究 工藝制備研究 博 士 研 究 生： 馬李 導 師： 赫曉東教授 申 請 學 位： 工學博士 學 科 、 專 業(yè)： 材料學 所 在 單 位： 復合材料與結構研究所 答 辯 日 期： 2008 年 6 月 授予學位單位： 哈爾濱工業(yè)大學 摘要 摘要 - I - 摘要 摘要 金屬熱防護系

2、統(tǒng)(TPS)是可重復使用運載器(RLV)的關鍵技術之一；由于直接與外部的環(huán)境接觸，金屬TPS面板材料的研究成為重中之重。按照能夠替代Ni基高溫合金薄板的輕量化選材要求，本文采用了電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術成功地制備了0.1~0.3mm厚、尺寸為直徑為1000mm的圓形Ti/Ti-Al微疊層薄板。文中不僅對EB-PVD的工藝特點進行了考察，同時還借助一些現代分析測試手段研究了微疊層材料的組織結構和宏觀力學性能，為材料安全、可靠

3、地使用提供了理論依據。研究內容主要包括：Ti/Ti-Al微疊層薄板材料結構參數的優(yōu)化設計、微疊層薄板的殘余應力分析、工藝參數對材料蒸發(fā)和沉積過程的影響、制備工藝方法、微疊層材料組織結構特點及物相組成、微觀組織在高溫下的演變及層狀結構的退化、宏觀力學性能及其變形特征、應力對材料高溫蠕變性能的影響。 利用三點彎曲模擬試驗考察了微觀結構參數變化對材料斷裂性能的影響。結果表明，隨著材料層數或層厚比的增加，材料的斷裂功隨之增加，但增加的趨勢逐漸減

4、小，當二者超過一定數值時，斷裂功不再發(fā)生明顯變化。 利用材料力學相關理論和有限元方法考察了材料在成型過程中形成的殘余應力。結果表明，微層板的殘余應力是位置的函數，在疊層板中心處的軸向殘余應力值最大，在邊緣處的值最小；Ti層所受的都是殘余壓應力，TiAl層受到的是殘余拉應力；隨著層厚比或層數的增加，Ti所受的殘余壓應力逐漸增大，TiAl層所受的殘余拉應力逐漸減小，且變化趨勢越來越小。利用X射線衍射法測量了微層板最外兩層的殘余應力隨距離基板

5、中心的變化，結果表明其變化趨勢與理論預測結果相一致。 討論了工藝參數對制備Ti/Ti-Al微疊層材料工藝過程的影響及可行性。根據靶基距與碰撞幾率的函數關系，并綜合考慮工藝要求與靶材利用率，將最終靶基距值為310mm；推導了沉積材料中Ti和Al元素的含量的計算公式；試驗表明在熔池中加入鈮片后，材料蒸發(fā)達到穩(wěn)態(tài)的時間明顯縮短，達到穩(wěn)態(tài)后的成分與靶材成分更為接近；對沉積過程中Al的再蒸發(fā)量和沉積量的比值進行了計算，結果表明可以忽略Al的二次蒸