SiC纖維增強Ti基復合材料界面反應熱力學與微觀組織研究.pdf

1、作為下一代航空發(fā)動機的關鍵材料，SiCf/Ti基復合材料受到極大的關注。但由于Ti的化學活性大，在復合材料的SiC-Ti界面處存在著嚴重的界面化學反應。然后到目前為止，對SiCf/Ti基復合材料的界面反應的研究特別是理論研究很不深入，特別是沒有從熱力學上研究過Ti基體中的各種合金元素的添加對界面反應的影響規(guī)律。 基于多元合金體系熱力學活度理論，并結合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的預測和計算模型，并對模型進行了驗證。該模型的優(yōu)點是僅僅依靠合金元素本身的物理參數即可計算中該合金體系中各組元的活度系數。 應用上述模型和合金元素本身的物理參數預測了Ti基體中添加的各種不同合金元素對SiCf/Ti基復合材料中主要界面反應的影響規(guī)律。結果表明，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論：Al元素的添加最能抑止界面反應的發(fā)生，其它元素對界面反應的抑止作用從高到低依次是Ni，Fe，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復合材料界面反應。 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SiC纖維增強Ti-6Al-4V基復合材料的微觀組織特別是界面反應進行了系統的對比性研究

4、。首先利用SEM對制備過程中出現的纖維搭接、基體空洞及纖維損傷等制備缺陷進行了分析。接著借助X射線能譜儀(EDS)著重對比兩種不同纖維增強的復合材料在相同熱處理條件下的界面微觀結構和反應層中各主要元素,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)現了SiCf/Ti基復合材料的界面產物主要是TiC和Ti5Si3。最后對兩種不同纖維增強的復合材料在不同熱處理條件下的界面反應產物的厚度進行了