碳化硅连续纤维增强钛基复合材料的研究进展 (1)

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1、第38卷增刊·2002年9月461—465页金属学玫ACTAMETALLURGICASINICAV01．38Suppl．Sept．2002PP．461—465碳化硅连续纤维增强钛基复合材料的研究进展术周义刚杨延清(西北工业大学材料科学与工程系，西安710072)摘要评述了SiC纤维增强钛基复合材料(TiMMC)在航空发动机上的研究现状，指出TiMMC具有优异的力学性能，因而有广阔的应用前景，而SiC／Ti的界面反应是影响TiMMC性能的主要因素．还对开展TiMMC研究提出了一些建设性的意见．关键词钛基复合材料

2、，碳化硅纤维，性能，界面反应，航空发动机V中图法分类号TGl46、．2，37坟献标识码．A文章编号0412—1961(2002)S一$461—05PRoGRESSINTHESTUDYoFTITANIUMMATRIXCoMPoSITESREINFoRCEDBYSiCFIBERSZHOUYigang，YANGYanqingDepartmentofMaterialsScienceandEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072Corresp

3、ondent：YANG、Yanqing，professor,Tel：(029)8486091，Fax：(029)8491000，E—mail．"yqyang@nwpu．edu．CnManuscriptreceived2002——03——25ABSTRACTTheadvancesofthetitaniummatrixcompositesreinforcedbySiCfibersfTiMMC)werebrieflyreviewed．ItispointedoutthattheTiMMCsareverysuitabl

4、efortheapplicationsforaero—enginecomponentsbecauseofitsexcellentmechanicalpropertiesthatmaybedamagedbytheinterfacialreactionofbetweenSiCandTi．Finally，somesuggestionsfordevelopingTiMMCsweregiven．KEYWoRDStitaniummatrixcomposite，SiCfiber，property，interfacialre

5、action，aero-engine经过30余年的发展，金属基复合材料已经走出实验室，开始在工业和工程实践中发挥重要作用．罗一罗公司预计，在21世纪航空发动机材料中，传统的铝合金和结构钢的用量会进一步减少，高温合金、钛合金等特种金属用量也会有所降低，代之而来的是金属基复合材料和陶瓷基复合材料∽由于受到航空涡轮发动机各个部件对高温高性能材料的不断需求的牵引，在各种金属基复合材料中，最受航空界重视的是SiC连续纤维增强Ti基复合材料，包括Ti合金基复合材料以及Ti—Al金属问化合物基复合材料(有些文献上分别简称为

6、TMC和IMC，此处统称TiMMC)．TiMMC的比强度和比刚度高、使用温度高、疲劳和蠕变性能好，可以很好的满足飞机发动机部件的要求，使部件结构简化，具有明显的减重效果，有广阔的应用前景．本文评述了TiMMC在航空发动机上的应用研究状况、TiMMC的力学行为和对复合材料性能密4国防基础研究、武器装备基础研究基金资助收到初稿日期：2002—03—25作者简介：杨延清，男，1955年生，教授切相关的界面行为，并对我国开展TiMMC研究提出一些看法．1TiMMC在航空发动机上的应用研究现状美国和欧洲一些国家的政府和

7、发动机制造厂家一直在抓紧发展TiMMC技术，以提高涡轮发动机的性能，满足高推重比发动机的要求．美欧设立了多项研究计划，将发动机研制与新型材料研究紧密结合，TiMMC及其零部件在其中占据了相当的份额．1994年，美国启动了一个为期5年的计划，要为新一代发动机的研制建立一个TiMMC工业基地；欧洲于1993年就开始了以表征TiMMC和促进TiMMC技术工业化的研究计划．已经研制的TiMMC航空发动机部件，大致可分为五大类：盘、环类；叶片类；轴、杆类；管、框架类；支撑类．美国的综合高性能发动机计划(IHPTET)中

8、，多个部件采用了TiMMC制造．其中TiMMC叶环(bling)的减重效果最为显著，如图1所示，可使压气机的结构重量减轻70％12J，被认为是提高航空发动机推重比、降低飞机燃油消耗、提高航程等的关键．图2为IHPTET用TiMMC制备的4级压气机无盘转子，并已成功地进行了462金属学报38卷图1压气机的叶环设计及其减重效果Fig．1Blinganditsweightsaving囝2美国lHPTET制