SiC纖維增強(qiáng)Ti基復(fù)合材料界面反應(yīng)熱力學(xué)與微觀組織研究.pdf

1、作為下一代航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵材料，SiCf/Ti基復(fù)合材料受到極大的關(guān)注。但由于Ti的化學(xué)活性大，在復(fù)合材料的SiC-Ti界面處存在著嚴(yán)重的界面化學(xué)反應(yīng)。然后到目前為止，對SiCf/Ti基復(fù)合材料的界面反應(yīng)的研究特別是理論研究很不深入，特別是沒有從熱力學(xué)上研究過Ti基體中的各種合金元素的添加對界面反應(yīng)的影響規(guī)律。 基于多元合金體系熱力學(xué)活度理論，并結(jié)合Miedema二元合金生成熱模型和Kohler三元幾何模型，本文建立了二元和三

2、元固相合金體系組元的活度系數(shù)的預(yù)測和計(jì)算模型，并對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。該模型的優(yōu)點(diǎn)是僅僅依靠合金元素本身的物理參數(shù)即可計(jì)算中該合金體系中各組元的活度系數(shù)。 應(yīng)用上述模型和合金元素本身的物理參數(shù)預(yù)測了Ti基體中添加的各種不同合金元素對SiCf/Ti基復(fù)合材料中主要界面反應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，Al、Sn、Ni、Fe、Cu、Mn、Cr、Mo和V等元素的加入，都能降低Ti元素的活度，其中Al的作用最顯著；而Nb元素的加入，反而能增加Ti

3、元素的活度?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：Al元素的添加最能抑止界面反應(yīng)的發(fā)生，其它元素對界面反應(yīng)的抑止作用從高到低依次是Ni，F(xiàn)e，Cu，Mn，Cr，Mo和V；在某些體系，如Ti-Al-Nb中，Nb元素的加入到Ti基體反而會加劇SiCf/Ti復(fù)合材料界面反應(yīng)。 同時，本文通過使用掃描電鏡、透射電鏡和X射線等分析手段，對美國SCS-6 SiC纖維和國產(chǎn)SiC纖維增強(qiáng)Ti-6Al-4V基復(fù)合材料的微觀組織特別是界面反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的對比性研究

4、。首先利用SEM對制備過程中出現(xiàn)的纖維搭接、基體空洞及纖維損傷等制備缺陷進(jìn)行了分析。接著借助X射線能譜儀(EDS)著重對比兩種不同纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料在相同熱處理?xiàng)l件下的界面微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)層中各主要元素,如C，Si，Ti，Al和V的分布情況，探索了界面組織的演變規(guī)律。借助透射電鏡和X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)了SiCf/Ti基復(fù)合材料的界面產(chǎn)物主要是TiC和Ti5Si3。最后對兩種不同纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料在不同熱處理?xiàng)l件下的界面反應(yīng)產(chǎn)物的厚度進(jìn)行了