原位合成多元增強鈦復合材料（TiB+TiC+Y-,2-O-,3-）-Ti的微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、近年來，具有高比強、高比模的鈦基復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，進一步提高鈦基復合材料的高溫性能是一個十分重要的問題。而稀土氧化物和陶瓷相顆粒多元增強的鈦基復合材料是未來高溫鈦基復合材料的重點發(fā)展趨勢。多元增強體的加入，可極大地彌補了兩元復合材料的材料的缺點，產(chǎn)生兩元復合材料所不具有的新性能，有望進一步改善復合材料的高溫性能。而對鈦基復合材料而言

2、，其高溫力學性能主要取決于鈦基體、增強體的微觀組織特性以及增強體與增強體、增強體與基體界面結(jié)構(gòu)。因此，深入研究鈦基復合材料增強相的微觀結(jié)構(gòu)，揭示其機理，對于為今后設(shè)計和優(yōu)化高溫鈦基復合材料的組織性能提供理論依據(jù)有著十分重要的學術(shù)意義。 本研究針對這一科學問題，提出在鈦基復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的鈦基復合材料(TiB+TiC+Y

3、2O3)/Ti，重點在于研究其微觀組織特征；并運用X射線衍射儀、光學顯微鏡、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復合材料的物相、微觀組織、增強體TiB、TiC和Y2O3的微結(jié)構(gòu)和生長機制；并對其增強體與基體之間的晶體學位向關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)進行了深入地研究和分析。希望為今后對其組織和性能優(yōu)化提供理論依據(jù)；為制備低成本、高性能的鈦基復合材料探索新的途徑。本文的研究主要包括以下幾個方面： 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鈦基復合材料(TiB+TiC+Y2O3)/Ti；利用熱力學理論計算了反應(yīng)的吉布斯自由能，說明熱力學上該反應(yīng)是可行的。X射線衍射分析結(jié)果表明原位合成的增強體為TiB、TiC和Y2O3。 2. 在制備的原位合成(TiB+TiC+Y2O3)/Ti復合材料中，增強體分布均勻。增強體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的增強體。增強體與基體Ti界面干凈，沒有反應(yīng)物存在。原位合成多元增強鈦基復合材料的微觀結(jié)構(gòu)與其增強體的晶體結(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)系可以通過晶體學變換而相互得到。增強體TiB與TiC的晶格錯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)增強體Ti

7、B和基體Ti之間存在如下的以一系列晶體學位向關(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)系是在晶體學上是相互等價的，可以通過晶體學轉(zhuǎn)換而相互印證。此外，增強體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