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文檔簡介
1、近年來,具有高比強(qiáng)、高比模的鈦基復(fù)合材料引起人們廣泛關(guān)注,尤其是具有耐高溫性能的鈦基復(fù)合材料,有望成為最具潛力的新一代航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料之一。因此,進(jìn)一步提高鈦基復(fù)合材料的高溫性能是一個(gè)十分重要的問題。而稀土氧化物和陶瓷相顆粒多元增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料是未來高溫鈦基復(fù)合材料的重點(diǎn)發(fā)展趨勢。多元增強(qiáng)體的加入,可極大地彌補(bǔ)了兩元復(fù)合材料的材料的缺點(diǎn),產(chǎn)生兩元復(fù)合材料所不具有的新性能,有望進(jìn)一步改善復(fù)合材料的高溫性能。而對(duì)鈦基復(fù)合材料而言
2、,其高溫力學(xué)性能主要取決于鈦基體、增強(qiáng)體的微觀組織特性以及增強(qiáng)體與增強(qiáng)體、增強(qiáng)體與基體界面結(jié)構(gòu)。因此,深入研究鈦基復(fù)合材料增強(qiáng)相的微觀結(jié)構(gòu),揭示其機(jī)理,對(duì)于為今后設(shè)計(jì)和優(yōu)化高溫鈦基復(fù)合材料的組織性能提供理論依據(jù)有著十分重要的學(xué)術(shù)意義。 本研究針對(duì)這一科學(xué)問題,提出在鈦基復(fù)合材料的制備過程中,利用原位合成方法,采用海綿鈦、B4C、B2O3粉末和稀土Y,通過非自耗電弧熔煉的方法,制備原位合成多元增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料(TiB+TiC+Y
3、2O3)/Ti,重點(diǎn)在于研究其微觀組織特征;并運(yùn)用X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡和高分辨透射電鏡分析原位合成(TiB+TiC+Y2O3)/Ti復(fù)合材料的物相、微觀組織、增強(qiáng)體TiB、TiC和Y2O3的微結(jié)構(gòu)和生長機(jī)制;并對(duì)其增強(qiáng)體與基體之間的晶體學(xué)位向關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入地研究和分析。希望為今后對(duì)其組織和性能優(yōu)化提供理論依據(jù);為制備低成本、高性能的鈦基復(fù)合材料探索新的途徑。本文的研究主要包括以下幾個(gè)方面: 1.
4、 通過非自耗電弧熔煉的方法,利用海綿鈦、B4C及B2O3粉末和稀土鑄錠Y,制備出了原位合成多元增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(TiB+TiC+Y2O3)/Ti;利用熱力學(xué)理論計(jì)算了反應(yīng)的吉布斯自由能,說明熱力學(xué)上該反應(yīng)是可行的。X射線衍射分析結(jié)果表明原位合成的增強(qiáng)體為TiB、TiC和Y2O3。 2. 在制備的原位合成(TiB+TiC+Y2O3)/Ti復(fù)合材料中,增強(qiáng)體分布均勻。增強(qiáng)體TiB晶須大部分呈針狀;TiC為等軸狀和近似等軸狀顆粒;Y2
5、O3的形貌隨著稀土Y含量的增加而改變,從近似等軸狀晶粗化生長為樹枝狀晶,在基體中并存在較多納米級(jí)的增強(qiáng)體。增強(qiáng)體與基體Ti界面干凈,沒有反應(yīng)物存在。原位合成多元增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與其增強(qiáng)體的晶體結(jié)構(gòu)和凝固過程密切相關(guān)。 3. TEM和HREM觀察發(fā)現(xiàn)TiB和TiC之間存在著以下的位向關(guān)系:[001]TiB//[001]TiC,(010)TiB//(110)TiC,(200)TiB//(110)TiC; [010]TiB/
6、/[110]TiC,(001)TiB//(001)TiC,(200)TiB//(110)TiC; [120]TiB//[100]TiC,(20)?1TiB//(020)BTiC,(001)TiB//(001)TiC。 這三組位向關(guān)系可以通過晶體學(xué)變換而相互得到。增強(qiáng)體TiB與TiC的晶格錯(cuò)配度符合界面處晶格畸變能最小化原則,界面結(jié)合為共格的界面關(guān)系,其界面干凈,結(jié)合較好。 4. TEM和HREM觀察發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體Ti
7、B和基體Ti之間存在如下的以一系列晶體學(xué)位向關(guān)系: [010]TiB//[110]?2Ti,(001)TiB//(0001)Bti,(200)TiB//(100)?1Ti; [001]TiB//[0001]Ti,(020)TiB//(20)?1?1Ti,(200)TiB//(100)?1Ti。 這兩組位向關(guān)系是在晶體學(xué)上是相互等價(jià)的,可以通過晶體學(xué)轉(zhuǎn)換而相互印證。此外,增強(qiáng)體TiB與基體Ti還存在另一種位向關(guān)系:
8、 [010]TiB//[20]?1?1Ti,(002)TiB//(011)?1Ti。 兩相的界面潔凈,為錯(cuò)配度較小的半共格關(guān)系,界面結(jié)合良好。 5. TEM和HREM發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體Y2O3與Ti基體之間存在以下三組位向關(guān)系:[100]Y2O3//[011]?1Ti,(044)Y2O3//(01)?1?2Ti,(04)?4Y2O3//(110)?2Ti; [110]Y2O3//[1]?21?3Ti,(23)?2Y2O3//(0
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