原位制备碳化钛颗粒增强钛基复合材料研究进展

总结了原位反应法制备钛基复合材料的特点;介绍了5种制备碳化钛颗粒增强钛基复合材料的原位合成工艺;综述了原位制备碳化钛颗粒增强钛基复合材料的微观组织、力学性能以及耐磨性的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

颗粒增强钛基复合材料的制备技术及微观组织

综述了近几年自生颗粒增强钛基复合材料的主要制备技术，其制备方法有粉末冶金、熔铸法、XD^TM法、燃烧合成法、燃烧合成-熔铸法、接触反应法、机械合金化法、激光熔覆法等。论述了不同制备方法中分别以碳化物和硼化物为增强相的钛基复合材料的微观组织。碳化物增强相主要有TiC，Ti2AlC，Ti3AlC等。硼化物增强相有TiB2和TiB。分别对增强相的形态进行了分析，并对钛基复合材料的发展提出了展望。     

TiC颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能

利用伺服式疲劳实验机和杆一杆型冲击拉伸实验机对TiC颗粒增强钛基复合材料TP650和基体钛合金的静动态力学性能进行研究,得到不同应变率下复合材料的应力一应变曲线.结果表明,复合材料和基体材料的屈服应力均随应变率的增加而提高,属于应变率敏感材料;TP650的破坏形式以颗粒附近基体的撕裂以及颗粒与基体合金的脱粘为主,几乎没有发生颗粒破碎现象.假设复合材料的微观结构为非均质单胞在空间的周期性重复排列,利用有限元软件对钛基复合材料的静动态力学性能进行数值模拟研究,计算结果与实验结果吻合良好.进一步通过数值模拟预测了颗粒形状和颗粒体积分数的变化对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响.     

TiC颗粒增强钛基复合材料细观动态力学性能

基于不动点迭代法提出宏细观多尺度计算方法对颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能进行研究。采用该多尺度计算方法可以将复合材料的宏观力学性能与材料的微观结构相联系,通过迭代法从宏观角度为单胞模型提供真实的物理边界条件,将该边界条件施加到单胞有限元模型,对其进行有限元分析可最终获得复合材料的宏观力学性能。在与试验结果比较的基础上,预测颗粒形状、颗粒的体积分数、颗粒大小以及界面强度对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响,为颗粒增强钛基复合材料力学性能的优化设计提供依据。     

非连续增强钛基复合材料的制备工艺及应用

非连续增强钛基复合材料凭借简单多样的制备工艺、更为卓越的材料性能以及优异的经济性成为制备钛基复合材料研究的热点,并得到了广泛应用。综述了非连续增强钛基复合材料制备工艺以及应用;分析了各种制备方法的差别及优缺点,并对非连续增强钛基复合材料制备工艺进行展望。     

钛基复合材料板材轧制研究进展

钛基复合材料中的增强相极大增加了其热加工难度，导致大变形或大尺寸高性能钛基复合材料板材的制备困难。从钛基复合材料板材发展现状出发，围绕其热轧制技术，分析了轧制温度、变形量及轧后热处理工艺对板材微观组织演变和力学性能的影响规律，重点分析了轧制过程和热处理过程增强相与基体组织之间的相互作用。最后指出当前钛基复合材料板材轧制研究存在的不足及未来的发展趋势。     

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700 ℃、995 ℃以及1020 ℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。     

热压反应自生钛基复合材料高温拉伸断裂分析

将纯钛粉和碳化硼粉按一定比例混合均匀后,通过反应热压方法原位合成制备了增强体TiB晶须和TiC颗粒钛基复合材料,增强体体积分数为5%.利用同样方法制备了纯钛材料.热挤压后,利用X射线衍射仪分析研究了反应自生增强体组成,通过透射电镜和扫描电镜,研究了钛基复合材料的微观组织变化规律及钛基复合材料在室温和高温下拉伸断口形貌特征.研究结果表明,纯钛和B4C在1 200℃发生化学反应,原位合成产生2种不同形状的增强体,即短纤维状TiB晶须和等轴状的TiC颗粒.原位增强体与钛基体具有良好的界面结合,没有明显的界面反应.室温拉伸2种材料均呈脆性断裂.高温拉伸时,纯钛拉伸断口韧窝比较大,尺寸较深.复合材料韧窝尺寸较小.     

钛基复合材料激光熔覆层显微组织及其强化机制

利用激光熔覆技术在Ti-6A1-4V合金表面制备了TiC增强钛基复合材料涂层，复合材料的硬度明显高于基体，平均硬度可达940HV0.2。对复合材料的显微组织分析表明：TiC增强钛基复合材料的强化机制以细晶强化和弥散强化为主。     

原位自生钛基复合材料研究综述

近年来,由于原位自生钛基复合材料相对钛合金更为优异的综合性能,引起人们广泛关注。从制备方法、基体和增强体选择、微观结构、力学性能、抗氧化性能、超塑性变形与加工等方面,综述了目前原位自生钛基复合材料的研究进展。提出了目前研究中存在的问题和今后可能的发展方向。     

电子封装用金刚石/铝复合材料的显微组织与热膨胀性能

在金刚石表面镀钛改善金刚石与铝合金之间的界面结合,并用气压浸渗工艺制备镀钛金刚石颗粒增强铝基复合材料。对复合材料的显微组织进行了研究,测试了复合材料的热膨胀系数。结果表明,镀钛金刚石颗粒与铝合金基体之间界面结合良好,材料的断裂以基体断裂为主,同时存在一定量的界面断裂;选用形貌规则的金刚石有利于提高复合材料中金刚石的体积分数,从而降低复合材料的热膨胀系数。     

法国ONERA与中国NIN在钛基复合材料方面的合作

２０００年 ５月 ６日至 １８日,法国宇航研究中心（ＯＮＥＲＡ）材料体系与复合材料研究所Ａｌａｉｎ Ｖａｓｓｅｌ博士来西北有色金属研究院（ＮＩＮ）进行工作访问,期间作了有关航空用钛合金和钛基复合材料的报告。 报告介绍了目前法国航空用钛合金研究的最新进展以及常规钛合金的开发利用。其中钛合金的最新研究领域包括ＴｉＡｌ金属间化合物和钛基复合材料的研究。ＴｉＡｌ金属间化合物具有较低的密度、较高的弹性模量、较高的高温应用能力和抗氧化性能。复合材料包括纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料两部分,法国宇航研…     

中国钛发展的四十年

系统介绍了钛基复合材料的最新研究和发展，涉及非连续颗粒增强和连续纤维增强两大类钛基复合材料近１０多年来的研究成果和发展趋势；重点评述了钛基材和增强剂的选择，增强剂与基体界面反应的研究，扩散障碍涂层技术和钛基复合材料制造工艺的研究和发展，讨论了钛基复合材料的应用前景。     

钛基生物医用复合材料发展现状与进展

以实现人体硬组织修复替代为应用目标的钛基复合材料是当前医用材料研究的活跃领域之一。从基体选择、涂层材料、复合制备技术等方面介绍了生物医用钛基复合材料的研究现状和近年来取得的进展，并提出了将来的发展趋势。     

放电等离子烧结法制备原位TiB增强Ti-6Al-4V复合材料的显微组织特征（英文）

钛基复合材料在运输和航空工业领域具有广泛的应用。以Ti-6Al-4V和B4C为原料分别采用冷压-真空烧结和放电等离子烧结两种方法制备Ti B晶须增强钛基复合材料。考察不同复合材料Ti B晶须的分布、大小以及长径比,研究放电等离子烧结温度对Ti B晶须增强钛基复合材料的影响。光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)以及EDS分析结果表明:将放电等离子烧结温度从900°C升高到1100°C可以使Ti B晶须原位自生反应完全,同时减少材料的孔隙含量。     

电磁感应合成碳化钛—灰铸铁复合材料的研究

用钛丝作为增强相的原材料,用电磁感应熔渗法,制得了碳化钛增强铁基复合材料。对TiC/Fe复合材料的微观组织、摩擦磨损行为进行了研究,结果表明:制备得到的TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布较为均匀;复合试样的耐磨性是灰铸铁的4.08倍,磨损机理为微区破裂机制和显微犁削机制共同作用。     

原位合成技术在非连续增强钛基复合材料中的应用及展望

分别从增强体的选择、基体的选择和构型设计等方面综述了原位合成非连续增强钛基复合材料的研究现状;概述了熔铸法、机械合金化法、自蔓延高温合金合成法、放热弥散法、反应热压法以及接触反应法等原位合成方法的工艺特点、反应原理;介绍了各原位合成方法在制备钛基复合材料中的最新应用;并对原位合成技术在钛基复合材料中的发展进行了展望。     

原位反应制备颗粒增强钛基复合材料的研究进展

原位反应制备的颗粒增强钛基复合材料中增强颗粒与基体的相容性好,复合材料高温性能稳定,成为制备高性能颗粒增强钛基复合材料的首选途径.目前,粉末冶金法、熔铸法、放热弥散法、燃烧合成法和机械合金化法都已用于原位反应制备颗粒增强钛基复合材料.综述了这些制备方法的原理、特点以及制备出的复合材料的组织和性能,指出了原位反应制备颗粒增强钛基复合材料今后的发展方向.     

多维度碳纳米相增强铝基复合材料研究进展

以铝基复合材料为代表的金属基复合材料,具有高的比强度、比模量及优异的导热、导电性能,在航空航天、汽车制造、机械电子及其它民用领域具有广泛的应用前景。近年来,碳纳米相作为复合材料的增强体凭借其优异的力学性能和物理性能以及自身结构特点,引起人们极大关注而成为铝基复合材料研究领域的新热点。本文从不同维度结构的碳纳米相(零维碳纳米洋葱、一维碳纳米管、二维石墨烯等)为增强相的角度,概述了这些碳纳米相增强铝基复合材料的制备方法及其在力学性能方面的研究进展,阐述了从单一相增强到多元多维度混杂增强的铝基复合材料在力学性能方面的优势,旨在阐明通过碳纳米相的结构设计和空间构筑实现高强韧性铝基复合材料的设计思路,并展望了高强韧轻金属基复合材料未来的研究趋势。     

TiC硬质相增强高碳钢复合材料的研究

用钛丝作为增强相的原材料,利用钛丝与高碳钢中碳原子原位反应,制备性能良好的碳化钛-高碳钢复合材料。对TiC/Fe基复合材料的微观组织以及硬度进行了的研究;结果表明:得到了TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布均匀,硬质相颗粒有大、小颗粒状和长条状,尺寸范围在2～14μm。与高碳钢试样对比,在载荷为20N条件下,复合材料的耐磨性提高5.28倍。