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1、SiC纖維增強鈦基復(fù)合材料的界面改性研究*ResearchProgressinInterfacialModificationofSiCFiber ReinforcedTitaniumMatrixComposites演講人：王富廣學號：1103210142主講大綱1.復(fù)合材料及SiC纖維的介紹2.SiC纖維增強鈦基復(fù)合材料的簡介3.纖維涂層法的研究4.結(jié)束語5.參考文獻9/3/20219:52:19AM1.1復(fù)合材料的簡介復(fù)合材料既然屬于材料族譜，它的定義也應(yīng)與材料定義的內(nèi)涵相符，同時還必需反映出復(fù)合材料區(qū)別于傳統(tǒng)材料的獨特性質(zhì)。國際標準化組織(ISO)將復(fù)合材料定義為：兩種或兩種以
2、上物理和化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既能保留原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設(shè)計使各組分的性能相互補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)秀的性能，與一般材料的簡單混合有本質(zhì)區(qū)別。9/3/20219:52:19AM1.1.1復(fù)合材料的特點1.由兩種或多種不同性能的組分通過宏觀或微觀復(fù)合在一起的新材料，組分之間存在明顯的界面。2.各組分保持各自固有特性的同時，可最大限度地發(fā)揮各種組分的優(yōu)點，賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。3.復(fù)合材料具有可設(shè)計性
3、9/3/20219:52:19AM1.1.2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模式復(fù)合材料由基體和增強相兩個組分組成。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常一個相為連續(xù)相，稱為基體；而另外一個相是以獨立的形態(tài)分布在整個基體中的分散相，這種分散相的性能優(yōu)越，會使材料的性能顯著改善和增強，稱為增強相（增強劑、增強體）。增強劑（相）一般比基體硬，強度、模量較基體大、可以是纖維狀、顆粒狀或?qū)悠瑺預(yù)l2O3纖維Al2O3片9/3/20219:52:19AM1.2復(fù)合材料的應(yīng)用9/3/20219:52:19AM1.3SiC纖維的簡介性能特點1、高強4.5GPa高模量200~400GPa2、化學穩(wěn)定性好，耐酸堿3、耐高溫1300℃，強度
4、不變；1000℃/氧化氣氛，強度不變4、與各種基體相容性好金屬基、陶瓷基、樹脂基復(fù)合材料制造方法1、先驅(qū)體法烷基硅烷→聚合紡絲→有機纖維→高溫處理→SiCF2、CVD法鎢絲／碳絲→沉積室→SiCFSiC顆粒9/3/20219:52:19AM2.SiC纖維TMMSc的簡介1.SiC纖維增強Ti基復(fù)合材料(TMMCs)具有比傳統(tǒng)鈦合金更高的比強度、比剛度,更高的抗蠕變和疲勞性能,被認為是航空壓氣機葉片、葉環(huán)和軸類等零部件的最具潛力的材料,從20世紀70年代以來一直受到各航空大國的廣泛關(guān)注。2.此外還可用于飛機蒙皮、支撐桁梁、加強筋等構(gòu)件,可大幅度提高這些零部件的性能,減輕質(zhì)量9/3/2
5、0219:52:19AM2.1TMMCs的界面問題1.由于Ti的活性很高,TMMCs在制備和高溫服役過程中,SiC纖維和Ti合金之間會發(fā)生嚴重的界面化學反應(yīng),不但使纖維強度劇烈下降,而且所形成的脆性反應(yīng)產(chǎn)物將會在承載過程中首先產(chǎn)生裂紋,對復(fù)合材料的力學性能產(chǎn)生不可接受的負面影響2.此外,纖維與基體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配也會使復(fù)合材料界面附近產(chǎn)生較大的熱殘余應(yīng)力,在界面反應(yīng)區(qū)和基體中形成早期裂紋。因此,TM-MCs的界面問題已成為制約其發(fā)展和應(yīng)用的突出問題,并一直成為該領(lǐng)域研究的熱點9/3/20219:52:19AM3.TMMCs的界面改性改善TMMCs界面兼容性的方法包括纖維涂層法
6、和基體合金化等,其中纖維涂層法被證明是控制界面反應(yīng)和改善殘余應(yīng)力的最有效方法。纖維涂層法發(fā)展至今,已從C涂層等單一的涂層發(fā)展到功能更強的復(fù)合涂層或功能梯度涂層。1.單涂層涂層的分類2.雙涂層3.復(fù)合涂層／功能梯度涂層9/3/20219:52:19AM3.1復(fù)合材料涂層設(shè)計的原則(1)涂層必須保護纖維強度不受損傷,即涂層不與纖維發(fā)生反應(yīng)(2)涂層必須提供足夠的橫向強度,從而使復(fù)合材料有較高橫向抗拉強度;(3)涂層應(yīng)該擁有一定的延展性,以提供更高的界面韌性;(4)涂層應(yīng)當能發(fā)生一定的脫粘,從而使基體和涂層中的裂紋能沿纖維/涂層界面發(fā)生一定距離的偏轉(zhuǎn);(5)最好能使涂層處于軸向殘余壓應(yīng)力
7、狀態(tài),避免裂紋或缺陷滲入涂層;9/3/20219:52:19AM3.2.1單-碳涂層的研究C涂層是發(fā)展較早、應(yīng)用也最為廣泛的涂層如美國Textron公司生產(chǎn)的SCS-6SiC纖維(C芯),帶有石墨C涂層,且其最外層富Si,涂層的內(nèi)側(cè)富C部分可調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)的不匹配,外側(cè)富Si部分是為了與基體中的Ti反應(yīng)形成原位反應(yīng)阻擋層。但是,已有研究表明,涂層中的Si原子參與界面反應(yīng)后生成的硅化物并不能有效阻止界面反應(yīng)。隨著高溫熱處理時間的延長,涂層逐漸被消耗殆盡,最后內(nèi)部SiC也
