反應(yīng)熱壓制備Nb-,2-O-,5-強(qiáng)化Al-,2-O-,3--TiAl復(fù)合材料.pdf

1、本文采用反應(yīng)熱壓(RHP)制備工藝，利用Ti、Al、TiO2以及Nb2O5粉末之間的放熱反應(yīng)，在較低的溫度下，制備了Nb2O5強(qiáng)化Al2O3/TiAl復(fù)合材料。借助差熱分析(DTA)、X-射線衍射分析(XRD)、光學(xué)金相顯微鏡(OM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等手段，研究了放熱體系的反應(yīng)機(jī)理，考察了Nb2O5對Al2O3/TiAl復(fù)合材料物相分布、微觀組織結(jié)構(gòu)的影響；通過力學(xué)性能測試，初步探討了材料的斷裂及強(qiáng)韌化機(jī)理；采用熱重(TG)實(shí)

2、驗(yàn)評價(jià)了材料的高溫抗氧化性能。 基于熱力學(xué)和動力學(xué)理論，結(jié)合DTA和XRD分析，運(yùn)用分解反應(yīng)過程的方法，探討了Al-Ti-TiO2-Nb2O5體系反應(yīng)的微觀過程。體系的反應(yīng)過程大致為：在Al熔化的同時(shí)，發(fā)生了Al和Nb2O5的置換反應(yīng)，出現(xiàn)NbO2和Nb等中間產(chǎn)物，同時(shí)放出了較多的熱量；這些熱量促使Al，Ti較早化合生成TiAl3，隨即引發(fā)Al和TiO2較早地反應(yīng)，最終使得材料在較低的溫度下(約為1200℃)達(dá)到致密燒結(jié)。

3、 XRD、SEM以及OM測試顯示，Nb2O5強(qiáng)化Al2O3/TiAl復(fù)合材料的產(chǎn)物由γ-TiAl，a2-Ti3Al，Al2O3和NbAl3相構(gòu)成，Al2O3顆粒分布于基體交界處，存在一定程度的偏聚。Nb2O5的引入，改變了基體γ-TiAl相和a2-Ti3Al相的相對含量，γ-TiAl相的含量減少，a2-Ti3Al相含量增大。同時(shí)，基體晶粒有所細(xì)化，且分布逐漸趨于均勻。當(dāng)Nb2O5的引入量為6wt％時(shí)，組織主要由a2/γ層片狀晶團(tuán)組成，

4、出現(xiàn)了比較完整的γ晶粒，屬于近片層組織(NL)結(jié)構(gòu)類型，層片狀晶團(tuán)的尺寸小于50μm，γ晶粒尺寸小于5μm。 在30MPa、1200℃的實(shí)驗(yàn)條件下，可以獲得致密性較好的復(fù)合材料，相對密度在94.6-96％.之間。力學(xué)性能測試表明，添加Nb2O5的復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度明顯高于未添加Nb2O5的材料的抗折強(qiáng)度，且當(dāng)Nb2O5的引入量為6wt％時(shí)，抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值，約為593MPa；隨著Nb2O5添加量的逐漸增大，復(fù)合材料的彈性模量和

5、比剛度均呈上升趨勢；當(dāng)Nb2O5的引入量為6wt％，20wt％時(shí)，材料的維氏硬度(Hv)分別為4.77GPa和5.14Gpa，斷裂韌性(KIC)分別為8.93MPa·m1/2、8.68MPa·m1/2，材料韌性較好。 斷口形貌SEM測試表明，材料的斷裂方式主要是準(zhǔn)解理斷裂和沿晶斷裂，并伴有少量的穿晶斷裂，表現(xiàn)出脆性斷裂方式；協(xié)同韌化、晶粒細(xì)化和第二相顆粒增韌是材料的主要強(qiáng)韌化機(jī)制。 1000℃下的熱重實(shí)驗(yàn)顯示，在1000