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1、SiC纤维增强钛基复合材料的界面改性研究*ResearchProgressinInterfacialModificationofSiCFiber ReinforcedTitaniumMatrixComposites演讲人：王富广学号：1103210142主讲大纲1.复合材料及SiC纤维的介绍2.SiC纤维增强钛基复合材料的简介3.纤维涂层法的研究4.结束语5.参考文献9/3/20219:52:19AM1.1复合材料的简介复合材料既然属于材料族谱，它的定义也应与材料定义的内涵相符，同时还必需反映出复合材料区别于传统材料的独特性质。国际标准化组织(ISO)将复合材料定义为：两种或两种以
2、上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。9/3/20219:52:19AM1.1.1复合材料的特点1.由两种或多种不同性能的组分通过宏观或微观复合在一起的新材料，组分之间存在明显的界面。2.各组分保持各自固有特性的同时，可最大限度地发挥各种组分的优点，赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。3.复合材料具有可设计性
3、9/3/20219:52:19AM1.1.2复合材料的结构模式复合材料由基体和增强相两个组分组成。复合材料结构通常一个相为连续相，称为基体；而另外一个相是以独立的形态分布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著改善和增强，称为增强相（增强剂、增强体）。增强剂（相）一般比基体硬，强度、模量较基体大、可以是纤维状、颗粒状或层片状Al2O3纤维Al2O3片9/3/20219:52:19AM1.2复合材料的应用9/3/20219:52:19AM1.3SiC纤维的简介性能特点1、高强4.5GPa高模量200~400GPa2、化学稳定性好，耐酸碱3、耐高温1300℃，强度
4、不变；1000℃/氧化气氛，强度不变4、与各种基体相容性好金属基、陶瓷基、树脂基复合材料制造方法1、先驱体法烷基硅烷→聚合纺丝→有机纤维→高温处理→SiCF2、CVD法钨丝／碳丝→沉积室→SiCFSiC颗粒9/3/20219:52:19AM2.SiC纤维TMMSc的简介1.SiC纤维增强Ti基复合材料(TMMCs)具有比传统钛合金更高的比强度、比刚度,更高的抗蠕变和疲劳性能,被认为是航空压气机叶片、叶环和轴类等零部件的最具潜力的材料,从20世纪70年代以来一直受到各航空大国的广泛关注。2.此外还可用于飞机蒙皮、支撑桁梁、加强筋等构件,可大幅度提高这些零部件的性能,减轻质量9/3/2
5、0219:52:19AM2.1TMMCs的界面问题1.由于Ti的活性很高,TMMCs在制备和高温服役过程中,SiC纤维和Ti合金之间会发生严重的界面化学反应,不但使纤维强度剧烈下降,而且所形成的脆性反应产物将会在承载过程中首先产生裂纹,对复合材料的力学性能产生不可接受的负面影响2.此外,纤维与基体之间的热膨胀系数不匹配也会使复合材料界面附近产生较大的热残余应力,在界面反应区和基体中形成早期裂纹。因此,TM-MCs的界面问题已成为制约其发展和应用的突出问题,并一直成为该领域研究的热点9/3/20219:52:19AM3.TMMCs的界面改性改善TMMCs界面兼容性的方法包括纤维涂层法
6、和基体合金化等,其中纤维涂层法被证明是控制界面反应和改善残余应力的最有效方法。纤维涂层法发展至今,已从C涂层等单一的涂层发展到功能更强的复合涂层或功能梯度涂层。1.单涂层涂层的分类2.双涂层3.复合涂层／功能梯度涂层9/3/20219:52:19AM3.1复合材料涂层设计的原则(1)涂层必须保护纤维强度不受损伤,即涂层不与纤维发生反应(2)涂层必须提供足够的横向强度,从而使复合材料有较高横向抗拉强度;(3)涂层应该拥有一定的延展性,以提供更高的界面韧性;(4)涂层应当能发生一定的脱粘,从而使基体和涂层中的裂纹能沿纤维/涂层界面发生一定距离的偏转;(5)最好能使涂层处于轴向残余压应力
7、状态,避免裂纹或缺陷渗入涂层;9/3/20219:52:19AM3.2.1单-碳涂层的研究C涂层是发展较早、应用也最为广泛的涂层如美国Textron公司生产的SCS-6SiC纤维(C芯),带有石墨C涂层,且其最外层富Si,涂层的内侧富C部分可调节热膨胀系数的不匹配,外侧富Si部分是为了与基体中的Ti反应形成原位反应阻挡层。但是,已有研究表明,涂层中的Si原子参与界面反应后生成的硅化物并不能有效阻止界面反应。随着高温热处理时间的延长,涂层逐渐被消耗殆尽,最后内部SiC也
