摻雜強(qiáng)化Al2O3-TiAl高溫復(fù)合材料的研究.pdf

1、TiAl基高溫復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕及優(yōu)良的高溫性能，是一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天及汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢(shì)。然而TiAl基高溫復(fù)合材料還存在多方面的不足，如室溫脆性較大，在更高溫環(huán)境中強(qiáng)度不足，這嚴(yán)重阻礙了其在更廣范圍的應(yīng)用。因此，目前對(duì)TiAl基高溫復(fù)合材料的研究重點(diǎn)在于在不影響材料自身優(yōu)良性能的前提下，改善其綜合性能。
　　本研究采用熱壓燒結(jié)工藝，原位生成增強(qiáng)相，同時(shí)引入第三微合金元素，制備摻雜強(qiáng)化A

2、l2O3/TiAl高溫復(fù)合材料。探討了Ti-Al-TiO2基礎(chǔ)體系中分別摻雜不同量的MoO3、La2O3、Mo，以及Ti-Al-TiO2-Nb2O5體系中摻雜不同量MoO3對(duì)復(fù)合材料性能的影響。通過(guò)第三微量金屬元素的固溶強(qiáng)化與第二相顆粒強(qiáng)化相結(jié)合，軟硬相相互協(xié)同作用提高材料的綜合性能。采用XRD、SEM及EDS分析了產(chǎn)物的物相組成與微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)合力學(xué)性能測(cè)試，分析了復(fù)合材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　XRD分析得出:在Ti-

3、Al-TiO2-MoO3體系中主要物相有TiAl、Ti3Al基體相、Al2O3增強(qiáng)相及少量的MoAl5相和Ti2AlMo相;Ti-Al-TiO2-La2O3體系產(chǎn)物主要由TiAl、Ti3Al、Al2O3和少量的LaAl4相組成;Ti-Al-TiO2-Mo體系產(chǎn)物主要物相由TiAl、Ti3Al、Al2O3和少量的MoAl5相組成。同時(shí)引入Nb2O5和MoO3摻雜的體系中，主要物相包括TiAl、Ti3Al、Al2O3和少量的NbAl3和Mo

4、Al5相。
　　SEM分析得出:在復(fù)合材料中，細(xì)小的Al2O3增強(qiáng)顆粒均勻地分布在TiAl基體晶界處，控制了TiAl基體晶粒尺寸的長(zhǎng)大;當(dāng)引入適量的第三元素固溶于基體中，改善了Al2O3顆粒與TiAl基體界面之間的潤(rùn)濕性，促成了Al2O3顆粒分布的均勻性。但當(dāng)摻雜量超過(guò)一定比例時(shí)，導(dǎo)致Al2O3顆粒發(fā)生一定的團(tuán)聚現(xiàn)象，材料微觀結(jié)構(gòu)的變化，使材料的相關(guān)性能也隨之發(fā)生變化。
　　機(jī)械性能測(cè)試得出:各體系隨著摻雜含量的增加，試樣密

5、度和維氏硬度隨之逐漸提高。但每種體系所得試樣的力學(xué)性能卻呈峰值變化趨勢(shì)。Ti-Al-TiO2-MoO3體系中當(dāng)MoO3摻雜量為3.78wt％時(shí)，材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到峰值702MPa，斷裂韌性也達(dá)到最大值8.3MPa·m1/2。Ti-Al-TiO2-La2O3體系中引入8.56wt％La2O3時(shí)到試樣的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值為695.96MPa，同時(shí)試樣的斷裂韌性也達(dá)到了峰值7.79MPa·m1/2。當(dāng)摻雜Mo含量為2.5wt％時(shí)Ti-Al-T

6、iO2-Mo體系產(chǎn)物的斷裂韌性達(dá)到最大值742.47MPa，同時(shí)試樣的抗彎強(qiáng)度也達(dá)到最大值7.81MPa·m1/2。復(fù)合引入Nb2O5和MoO3體系中當(dāng)摻入MoO3含量為1.54wt％時(shí)，Al2O3/TiAl試樣的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別達(dá)到最大值672.96MPa和7.20MPa·m1/2。對(duì)比分析可以看出，各體系試樣的機(jī)械性能比未摻雜試樣均有顯著提高，MoO3摻雜合成Al2O3/TiAl復(fù)合材料的斷裂韌性最高，而Mo摻雜所得復(fù)合材料的