碳涂层织构对SiC纤维增强Ti17合金基复合材料界面反应及性能影响研究

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1、分类号：TB331单位代码：10183研究生学号：2015432015密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）碳涂层织构对SiC纤维增强Ti17合金基复合材料界面反应及性能影响研究InterfacialreactionsandpropertiesinSiCf/C/Ti17compositeseffectedbytextureofcarboncoatings作者姓名：吴明专业：材料物理与化学研究方向：SiC纤维增强Ti基复合材料指导教师：文懋副教授培养单位：材料科学与工程学院2018年5月—————————————————————碳涂层织构对SiC纤维

2、增强Ti17合金基复合材料界面反应及性能影响研究—————————————————————InterfacialreactionsandpropertiesinSiCf/C/Ti17compositeseffectedbytextureofcarboncoatings————————————作者姓名：吴明专业名称：材料物理与化学研究方向：SiC纤维增强Ti基复合材料指导教师：文懋副教授学位类别：工学硕士培养单位：材料科学与工程学院论文答辩日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人均不得对本论文的全

3、，部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则应承担侵权的法律责任。，吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：１４曰期：Ｐ／２年＜月１日中文摘要中文摘要

4、碳涂层织构对SiC纤维增强Ti17合金基复合材料界面反应及性能影响研究连续SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf/Ti）是一种理想的轻质耐高温结构材料，具有高的比强度、比刚度、抗蠕变和抗疲劳等优良性能，被认为是下一代高推重比航空发动机最具潜力的候选材料。然而，由于基体Ti合金与SiC纤维之间高的化学活性，使得该材料在高温成型和服役过程中发生强烈的界面化学反应，导致材料的强度大幅降低。目前，在纤维表面沉积C涂层成为减缓该复合材料界面反应最通用的方法，而C涂层自身结构主导的界面反应机制尚未探明。本文采用化学气相沉积的方法，分别在920和1000˚C的沉积温

5、度下，在SiC纤维单丝表面制备出两种不同织构的乱层石墨涂层，将其标注为C920和C1000，随后分别在涂覆两种C涂层的SiC纤维上沉积Ti17合金获得先驱丝，并采用热等静压成型方法制成SiCf/C920/Ti17和SiCf/C1000/Ti17复合材料。根据X射线光电子能谱、拉曼光谱以及高分辨透射电子显微镜的结果可知C1000具有更加有序的微观结构（高织构）。观察热等静压成型制备的SiCf/C/Ti17复合材料的界面微观结构发现其界面反应强烈依赖于乱层石墨涂层的织构。根据扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及相应的能谱仪的结果可知，高织构的C1000比中织

6、构的C920更有效地阻碍了C原子向基体方向的外扩散以及基体原子向C涂层的内扩散行为。而C涂层和Ti17合金基体间的互扩散导致两个复合材料的界面反应层内出现C含量梯度。尽管SiCf/C920/Ti17和SiCf/C1000/Ti17复合材料的界面区域均可以被分为乱层石墨

7、

8、非晶C

9、

10、细晶TiC

11、

12、过渡区TiC

13、

14、粗晶TiC，但在不同织构的C920和C1000作用下两个复合材料中同一亚层的厚度却不同。基于以上结果，本文首先讨论了C涂层织构作用下SiCf/C920/Ti17和SiCf/C1000/Ti17复合材料的界面反应。为了研究C涂层织构对SiCf/C/

15、Ti17复合材料性能的影响，分别对两复合材料进行了力学性能测试。采用纤维压出实验测试复合材料的界面强度，得到中织构的C920使得SiCf/C920/Ti17复合材料的界面结合强度高于SiCf/C1000/Ti17复合材料。对SiCf/C920/Ti17和SiCf/C1000/Ti17复合材料进行纵向拉伸实验后，得到两个I吉林大学硕士学位论文复合材料的拉伸断口均呈纤维拔出型，但界面结合强度较高的SiCf/C920/Ti17复合材料的拉伸强度大于SiCf/C1000/Ti17复合材料。此外，本文还将SiCf/C1000/Ti17复合材料分别在450˚C/6

16、00h、800˚C/600h和1100˚C/2h条件下热处理，讨论了复合材料中C涂层支配的界面