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1、鈦基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)、高比模和耐高溫等優(yōu)點(diǎn),被視為最具潛力的新一代航空航天用高溫結(jié)構(gòu)材料之一。利用原位自生技術(shù)制備的顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體相容性好,界面清晰、潔凈,結(jié)合強(qiáng),增強(qiáng)體在基體中分布均勻,增強(qiáng)體和基體在熱力學(xué)上穩(wěn)定,在高溫工作時(shí),性能不易退化,而且成本低廉,工藝簡(jiǎn)單,因此逐漸受到人們的關(guān)注。作為高溫結(jié)構(gòu)材料,高溫持久性能是其主要考核指標(biāo)之一,而目前這方面的研究工作還比較少。因此研究原位自生鈦基復(fù)合材料的高溫持久性能
2、具有重要意義。 本工作主要對(duì)兩種新型原位自生鈦基復(fù)合材料(TiB+La2O3)/Ti和(TiB+TiC+La2O3)/Ti的高溫持久性能進(jìn)行了初步研究與探討。一方面,對(duì)于上述兩種新型復(fù)合材料(TiB+TiC+La2O3)/Ti和(TiB+ La2O3)/Ti的實(shí)際應(yīng)用給予了一定的實(shí)驗(yàn)參考;另一方面,為今后深入研究原位自生鈦基復(fù)合材料的高溫持久性能和進(jìn)一步提升原位自生鈦基復(fù)合材料的使用溫度提供了一定的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 本研
3、究中的兩種鈦基復(fù)合材料利用Ti與B4C、LaB6及原料中的氧之間的化學(xué)反應(yīng),通過(guò)真空自耗電弧熔煉工藝制備。重點(diǎn)測(cè)試分析了兩種鈦基復(fù)合材料的高溫持久性能,并且利用X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等對(duì)其物相、微觀組織、增強(qiáng)體TiB、TiC和La2O3的微結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了觀察和分析,據(jù)此來(lái)探討各種增強(qiáng)體對(duì)原位自生鈦基復(fù)合材料高溫持久性能的影響機(jī)制。本文的研究主要包括以下幾個(gè)方面: (1)為了便于比較分析,使用同樣的制備方法制備
4、了基體合金,并且通過(guò)同樣條件的熱處理來(lái)消除基體組織對(duì)比較分析的影響。基體合金、(TiB+TiC+La2O3)/Ti和(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)統(tǒng)一的熱處理后,復(fù)合材料的基體組織和基體合金的組織基本相同,都為籃網(wǎng)狀組織;復(fù)合材料中的增強(qiáng)體分布均勻,增強(qiáng)體與基體結(jié)合良好,界面清晰;TiC增強(qiáng)體呈等軸狀或近似等軸狀,TiB呈晶須狀,且(TiB+La2O3)/Ti 中TiB晶須較(TiB+TiC+La2O3)/Ti 中的要細(xì)長(zhǎng);
5、兩種鈦基復(fù)合材料中存在大量彌散分布的納米La2O3顆粒,且兩種鈦基復(fù)合材料中納米La2O3顆粒尺度相當(dāng)。 (2)測(cè)試了基體和兩種復(fù)合材料的高溫持久性能。通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)蠕變速率、持久壽命和微結(jié)構(gòu)變化的分析發(fā)現(xiàn),增強(qiáng)體的加入可以提高復(fù)合材料的變形抗力,顯著改善復(fù)合材料的高溫持久性能。(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料具有最佳的高溫持久性能,其穩(wěn)態(tài)蠕變速率和持久壽命與基體合金比較有了一個(gè)數(shù)量級(jí)的改善。 (3)觀察分析持久斷裂斷口
6、及增強(qiáng)體高溫持久性能實(shí)驗(yàn)前后微結(jié)構(gòu)的變化發(fā)現(xiàn),高溫蠕變過(guò)程中,(TiB+TiC+La2O3)/Ti復(fù)合材料中的TiB和TiC增強(qiáng)體的失效機(jī)制主要為增強(qiáng)體與基體脫粘,而(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料中TiB增強(qiáng)體的失效機(jī)制主要為增強(qiáng)體斷裂,因而其高溫承載效果要優(yōu)于(TiB+TiC+La2O3)/Ti復(fù)合材料中的TiB和TiC增強(qiáng)體,能夠更好地改善復(fù)合材料的高溫持久性能。 (4)測(cè)量并分析了(TiB+TiC+La2O3)/Ti
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