SiC纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料工藝設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 11 引言 11.1 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)以及應(yīng)用前景 11.2 復(fù)合材料體系的選擇 21.2.1 基體的選擇 21.2.2 增強(qiáng)體的選擇 31.3 本工藝設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo) 32 纖維及基體的表面處理 32.1 SiC 纖維的表面處理 32.2 基體 Ti-6Al-4V 合金箔的表面處理 43 箔一纖維一箔法( Foil-fiber-foil method )制備 SiC/Ti-6Al-4V 復(fù)合材料工藝設(shè)計(jì) 43.1 工藝原理 43.2 優(yōu)缺點(diǎn) 43.3 工藝流程圖 53.4 具體步驟 53.4.1 材料預(yù)處理 53.4.2 編制纖維布 53.4.3 熱壓復(fù)合 53.

2、5 熱壓復(fù)合工藝 53.5.1 溫度 53.5.2 壓力 53.5.3 保溫保壓時(shí)間 64 漿料帶鑄造法( Sluny tape casting method)制備 SiC/Ti-6Al-4V 復(fù)合材料工藝設(shè)計(jì) 64.1 工藝原理 64.2 優(yōu)缺點(diǎn) 64.3 工藝流程圖 64.4 具體步驟 74.4.1 選擇粘結(jié)劑 74.4.2 細(xì)化純 Ti 粉 74.4.3 編制纖維布 74.4.4 制備預(yù)制體 74.4.5 真空除氣及熱壓復(fù)合 85 纖維涂層法( Matrix eoatednber method ) 制備 SiC/Ti-6Al-4V 復(fù)合材料工藝設(shè)計(jì) 85.1 工藝原理 85.2 優(yōu)缺點(diǎn)

3、85.3 工藝流程圖 95.4 具體步驟 95.4.1 靶材的制作與增強(qiáng)體纖維的纏繞 95.4.2 濺射涂層 95.4.3 涂層纖維的堆垛與填裝 95.4.4 真空封焊和熱等靜壓 105.5 濺射工藝 105.5.1 反濺射時(shí)間 105.5.2 濺射功率 105.5.3 工作氣壓 105.6 熱等靜壓工藝 116 總結(jié) 11致謝 11參考文獻(xiàn) 12SiC 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的工藝設(shè)計(jì)摘要： 本文進(jìn)行的材料工藝設(shè)計(jì)選擇 Ti-6Al-4V 合金作為基體， SiC 作為增強(qiáng)體，以材料的結(jié)構(gòu)性 能要求確定了設(shè)計(jì)目標(biāo)。首先介紹了纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)和應(yīng)用前景。通過(guò)大量查閱文獻(xiàn)，確定了 Si

4、C 增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的三種工藝方案，分析了三種工藝的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)，詳 細(xì)介紹了三種方案的工藝流程。最后對(duì) SiC 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了總結(jié)。 關(guān)鍵詞： 纖維增強(qiáng)；箔一纖維一箔法；漿料帶鑄造法；纖維涂層法；工藝設(shè)計(jì)Process Design of Fabrication of Titanium Matrix Composites Reinforced withSiC FiberAbstract: The design of composite material is based on titanium,and intensifying material is SiC,us

5、ing structural properties of the materal to determine the design goals.Firstly,paper gives a genaral introduction about the performance charactertistics and application prospecTt.hrough a lot of literature,the three scheme of design of titanium matrix composites reinforced with SiC fiber is determin

6、ed,and analysing the mechanism of three preparation methods and their advantages and disadvantages ,the process charts of scheme is introduced in detail.Finally,making a summary of scheme of process design of fabrication of titanium matrix composites reinforced with SiC fiber.Key words:Fiber reinfor

7、ced; Foil-fiber-foil method ; Sluny tape casting method ; Matrix eoatednber method ; Process Design1 引言1.1 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用前景 用纖維增強(qiáng)常規(guī)鈦合金所制成的復(fù)合材料（ TMC ）具有比常規(guī)鈦合金更高的比強(qiáng)度、比剛度 以及良好的抗高溫（可以在高于 600的環(huán)境中使用）、耐腐蝕性能，為基體鈦合金所無(wú)法比擬， 因此在航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景 1 ?？蓾M(mǎn)足未來(lái)航空航天所需可耐更高溫度、 更高負(fù)載的要求，尤其適合于新一代航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫機(jī)械性能的追求，有望用于

8、未來(lái)先進(jìn) 航天飛機(jī)的蒙皮、剛性件和高性能發(fā)動(dòng)機(jī)部件上，若用作發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、風(fēng)扇葉片和盤(pán)件的制造 材料，可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)減重 30%2,3。1.2 復(fù)合材料體系的選擇1.2.1 基體的選擇 復(fù)合材料就是兼有復(fù)合體系各組元或組分的優(yōu)點(diǎn)，又能克服各自的缺點(diǎn)，所以新合成的復(fù)合 材料具有比各組元或組分更加優(yōu)異的使用性能。做為連續(xù) SiC 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的鈦合金基 體，必須能與高強(qiáng)度 SiC 纖維結(jié)合，失配性較小，而且在加載過(guò)程能起到傳遞載荷的作用，韌性 基體與脆性纖維形成彈塑界面可以弱化纖維的脆性，從而改善材料的性能，滿(mǎn)足材料更加苛刻的 使用環(huán)境 23。理論上， 型、型和型鈦合金均可做為復(fù)合材料基體

9、（鈦合金一般按合金元素加入后 在退火組織中的作用，分為 型 、型 和+型 三類(lèi)）。鈦合金同純鈦相比強(qiáng)度得到了顯著地提 高，因此鈦合金的比強(qiáng)度高于其他常用金屬材料，這也是鈦合金作為金屬基復(fù)合材料基體的重要 原因。 Ti-6Al-4V 屬于型 鈦合金，其具有較高的強(qiáng)度和良好的塑形，蠕變抗力和熱穩(wěn)定性好， 是優(yōu)良的金屬基復(fù)合材料基體材料 4。1.2.2 增強(qiáng)體的選擇鈦基復(fù)合材料通過(guò)將基體鈦合金的塑性和成型性與增強(qiáng)體纖維的優(yōu)越承載能力和剛性相結(jié)合 來(lái)改善材料的性能。因此，在鈦基復(fù)合材料中，增強(qiáng)纖維的性能和體積分?jǐn)?shù)很大程度上影響著鈦 基復(fù)合材料的力學(xué)性能。做為承載主體的強(qiáng)化纖維應(yīng)在不低于1000時(shí)仍具有

10、較高的比模量和比強(qiáng)度，并且與鈦合金基體之間應(yīng)具有較好的熱機(jī)械相容性 （如化學(xué)相容性、熱膨脹系數(shù)匹配性 等）5,6,7。通常，復(fù)合材料中纖維體積含量在 2545%范圍內(nèi)，比較理想的為 35%8-11，在給定纖維 體積分?jǐn)?shù)的情況下，使用粗纖維可以增加纖維間的距離，從而有利于降低纖維在復(fù)合固結(jié)過(guò)程中 產(chǎn)生徑向裂紋的傾向和充分發(fā)揮鈦基體的韌性作用。SIC纖維是以 C和 Si 為主要成分的一種陶瓷纖維，具有更為優(yōu)異的低密度、低熱膨脹系數(shù)、 高強(qiáng)度、高硬度、高模量、高的熱穩(wěn)定性以及對(duì)氧化和蠕變的良好抗力12,13,14。在 1000以下，其力學(xué)性能基本上不變，可以長(zhǎng)期使用；當(dāng)溫度超過(guò)1300時(shí)，其性能才開(kāi)

11、始下降。1.3 本工藝設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)本文從 SiC纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)該復(fù)合材料的制備工藝進(jìn)行研究，分 析箔-纖維-箔法、漿料帶鑄造法、纖維涂層法三種制備工藝的原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及工藝參數(shù)對(duì)材料 性能的影響，確定三種工藝設(shè)計(jì)流程。目的是設(shè)計(jì)并優(yōu)化 SiC 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備工藝。 2 纖維及基體的表面處理2.1 SiC 纖維的表面處理SiC 纖維作為 Ti 基復(fù)合材料的增強(qiáng)相時(shí)，由于在高溫下， Ti 及 Ti 合金的化學(xué)活性很高，極 易與 SiC 發(fā)生明顯的界面化學(xué)反應(yīng)，不但使纖維表面形成一些缺陷，令纖維性能下降，另外也易 生成脆性物質(zhì)，易使制得的復(fù)合材料的性能下降

12、。在 SiC 纖維表面沉積上一層障礙涂層是較為有 效易行的方法 15。涂層在基體及纖維的界面起著阻擋層、緩沖層及反應(yīng)層等作用。即涂層可以與基體發(fā)生適度 的反應(yīng)，提高界面結(jié)合強(qiáng)度；同時(shí)也可阻止或延緩界面過(guò)度反應(yīng)，起到保護(hù)纖維的作用，以改善 基體與纖維之間的化學(xué)相容性。另外，涂層也能在界面提供過(guò)渡層，以緩和因纖維和基體熱膨脹 系數(shù)及彈性模量等的不同而產(chǎn)生的界面殘余熱應(yīng)力，改善基體與纖維的物理相容性TiN 化學(xué)結(jié)構(gòu)是由金屬鍵、離子鍵及共價(jià)鍵混合而成的，因而 TiN 涂層既具有共價(jià)化合物高 熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕等特點(diǎn)，又具備金屬化合物的良好熱導(dǎo)性和電導(dǎo)性，逐漸成為應(yīng)用日益廣 泛的涂層材料 16。采用陰

13、極磁過(guò)濾等離子體沉積技術(shù)在 SiC 纖維上進(jìn)行涂 TiN 處理。具體的方法是將 SiC 纖維 放置在多功能真空快速反應(yīng)平臺(tái)的鍍膜室中，通入高純氮?dú)夂透呒儦鍤?，接著觸發(fā)陰極高純鈦靶 從而產(chǎn)生大量鈦蒸氣，氮?dú)馀c鈦蒸汽反應(yīng)生成 TiN 并在氬氣放電形成的等離子體區(qū)中加速前進(jìn)沉 積在 SiC 表面。2.2 基體 Ti-6Al-4V 合金箔的表面處理與纖維表面處理復(fù)雜的流程相比，基體箔材的表面處理方法比較單一，流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的方法有有機(jī)溶劑清洗法、熱氫處理及酸洗法、磷化處理法等。為降低熱壓時(shí)纖維的損傷， 可以對(duì)基體材料進(jìn)行增塑預(yù)處理。有研究者認(rèn)為 17，熱氫處理對(duì)+型 Ti 合金，如 Ti-6

14、Al-4V 的 塑性有所提高。最常見(jiàn)的方法是有機(jī)溶劑清洗法。首先利用粒度為 2000 目的砂紙，輕輕打磨箔材表面，去除 表面粘附的污物、油質(zhì)及氧化皮等，之后在丙酮試劑浸泡 2-3 分鐘，最后再用超聲波清洗技術(shù)使 用高純酒精徹底清洗 5 分鐘左右 18。由于鈦的化學(xué)活性活潑，鈦合金在高溫下可以和大多數(shù)的增強(qiáng)纖維發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有害 的界面反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)復(fù)合材料的性能造成嚴(yán)重?fù)p害，且 Ti 及 Ti 合金的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 SiC 纖維，故 纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料只能用固相法制備 19。3 箔一纖維一箔法 （foil-fiber-foil method） 制備 SiC/Ti-6Al-V 復(fù)合材料工 藝設(shè)計(jì)

15、3.1 工藝原理 將纖維逐根用金屬絲或帶交叉編織，或用有機(jī)粘接劑將纖維固定在鈦合金箔上，然后將鈦合 金箔與編織好的纖維逐層疊放，經(jīng)真空熱壓（ VHP）或熱等靜壓（ HIP）成形。若用有機(jī)粘接劑 固定纖維，在成形前需用真空除氣法去除有機(jī)粘接劑 20。圖 3-1箔-纖維 -箔法原理圖3.2 優(yōu)缺點(diǎn)箔-纖維-箔法的優(yōu)點(diǎn)是：微觀組織可控，化學(xué)成分準(zhǔn)確，雜質(zhì)含量低。缺點(diǎn)是：鈦合金箔價(jià) 格高，可用的合金有限制，纖維分布不均，易產(chǎn)生開(kāi)裂，復(fù)雜形狀零部件制備困難且質(zhì)量難以保 證,容易引入雜質(zhì)等。3.3 工藝流程圖材料預(yù)處理 編制纖維布 熱壓復(fù)合圖 3-2 箔-纖維 -箔法工藝流程圖3.4 具體步驟3.4.1

16、材料預(yù)處理為了減少?gòu)?fù)合材料中的雜質(zhì)， SiC 纖維在制備復(fù)合材料之前，要在高純酒精試劑中，經(jīng)過(guò)超 聲波清洗去除表面污物，時(shí)間約 5 分鐘。基體箔材也要進(jìn)行如前文所述的表面處理。3.4.2 編制纖維布將 SiC 纖維用金屬絲編制成單向纖維布，利用金屬絲的目的是為了保證纖維之間平行、等距、 不搭接。3.4.3 熱壓復(fù)合將五層箔材與四層纖維布疊層鋪設(shè)，置于高強(qiáng)石墨模具中，在真空熱壓爐中熱壓復(fù)合。3.5 熱壓復(fù)合工藝FFF 法制備過(guò)程中，最重要的步驟是熱壓復(fù)合。此過(guò)程包含箔材通過(guò)纖維間隙的擴(kuò)散浸滲以 及箔材間的連接。因此，溫度、壓力及保溫保壓時(shí)間要選擇適當(dāng)。3.5.1 溫度如果溫度過(guò)低，則鈦合金未達(dá)到

17、軟化狀態(tài)無(wú)法進(jìn)行浸滲；而溫度過(guò)高，則鈦合金與 SiC 纖維 之間的化學(xué)反應(yīng)將非常劇烈。3.5.2 壓力如果壓力低，則箔材無(wú)法通過(guò)硬度較高的 SiC 纖維而進(jìn)行連接；壓力過(guò)大，則纖維表面將因 強(qiáng)烈的外力擠壓而產(chǎn)生損傷甚至碎斷。 SiCf/Ti 復(fù)合材料的制備壓力從 30MPa-200MPa 范圍內(nèi)都有3.5.3 保溫保壓時(shí)間保溫保壓時(shí)間的選擇應(yīng)以能夠保證基體的蠕變能夠充分進(jìn)行，而又不至于造成晶粒長(zhǎng)大等不利現(xiàn)象。 故這三個(gè)參數(shù)要選擇適當(dāng)，盡量地減少制備缺陷。4 漿料帶鑄造法 (sluny tape casting method) 制備 SiC/Ti-6Al-V 復(fù)合材料 工藝設(shè)計(jì)4.1 工藝原理將

18、合金粉末和有機(jī)粘接劑混合并涂在平行排列的纖維上做為前驅(qū)體 (pre 一 cursor)，多層疊放 并經(jīng)真空熱壓或熱等靜壓成型，在成型前用真空除氣法去除有機(jī)粘接劑21 。圖 4-1 漿料帶鑄造法原理圖4.2 優(yōu)缺點(diǎn) 漿料帶鑄造法簡(jiǎn)單易行，但其缺點(diǎn)也是明顯的，如鈦合金粉末中較高的氧含量，對(duì)鈦合金的 性能極為不利、有機(jī)粘接劑易造成污染、有機(jī)粘接劑去除后纖維的移動(dòng)導(dǎo)致復(fù)合材料纖維分布不 均等。4.3 工藝流程圖選擇粘結(jié)劑 細(xì)化純鈦粉編制纖維布制備預(yù)制體真空除氣與熱壓復(fù)合圖 4-2 漿料帶鑄造法工藝流程圖4.4 具體步驟4.4.1 選擇粘結(jié)劑中國(guó)科學(xué)院石南林等人 22進(jìn)行了粉末法制備 SiCf/鈦基復(fù)合

19、材料先驅(qū)絲用粘結(jié)劑的研究，結(jié)果 表明利用熱分解溫度低的聚甲基丙烯酸甲酯（英文縮寫(xiě)： PMMA ，熱分解溫度 350）做粘結(jié)劑， 經(jīng)真空除氣處理后，所得的復(fù)合材料中粘結(jié)劑殘留物很少（雜質(zhì)量 0.02%）， PMMA 是采用該 方法制備復(fù)合材料的良好粘結(jié)劑。4.4.2 細(xì)化純 Ti 粉由于原材料純鈦粉，粉體直徑較大，因此需要經(jīng)過(guò)球磨工藝以獲得細(xì)小的鈦粉末。采用行星 式球磨機(jī)，球料比 8：1，轉(zhuǎn)速為 400r/min，磨球直徑為 6mmGCr15 鋼球，按粉末質(zhì)量 1%加入過(guò) 程控制劑（硬脂酸），球磨時(shí)間 30h。4.4.3 編制纖維布基本方法與 FFF 法相同，采用金屬絲編織纖維，可以保證纖維之間

20、平行排布，間隙均勻。4.4.4 制備預(yù)制體制備預(yù)制體所需原料為：經(jīng)球磨細(xì)化的純 Ti 粉末，粘結(jié)劑采用聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ， 又稱(chēng)有機(jī)玻璃），溶劑選用丙酮試劑，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的 SiC 纖維。將 PMMA 溶于丙酮試劑，形成 透明的粘性膠體，再將 Ti 粉加入，均勻攪拌。鈦粉、 PMMA 及丙酮試劑的質(zhì)量比為 2:1:1。之后 將鈦粉漿料均勻地涂抹在事先編織好的纖維布上。干燥后即得到了復(fù)合材料預(yù)制體。4.4.5 真空除氣及熱壓復(fù)合采用真空熱壓法制備復(fù)合材料樣品。由于 Ti 粉漿料將纖維布包被，因此復(fù)合時(shí)基體不需要透 過(guò)纖維的阻隔而復(fù)合，因此可以在較低的溫度及壓力下復(fù)合。將預(yù)制體疊層置于石

21、墨模具中，在 真空熱壓爐中，真空升溫至粘結(jié)劑的分解溫度（約 350），保溫一段時(shí)間，再繼續(xù)升溫至 850 熱壓，壓力為 45MPa，熱壓時(shí)間為 1h。樣品隨爐真空冷卻至室溫，即制得 SiCf/Ti 復(fù)合材料。 5 纖維涂層法 （matrix eoatednber method） 制備 SiC/Ti-6Al-V 復(fù)合材料工 藝設(shè)計(jì)5.1 原理用纖維涂層法可以獲得最佳的纖維分布。用物理氣相沉積法（ PVD ）將基體合金作為涂層材 料，均勻地涂在單根纖維上，之后將帶有基體涂層的纖維堆垛、封裝后熱壓成型 23 。 5.2 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （1）纖維分布均勻，而且是理想的六方密排堆垛，成形時(shí)收縮小，部件外

22、部尺寸精確， 因而可近凈形成形，而且內(nèi)部殘余應(yīng)力小，可消除殘余應(yīng)力導(dǎo)致的基體/纖維開(kāi)裂。 （2）易于制備復(fù)雜形狀的部件，如環(huán)、盤(pán)、管軸、葉片等，用其它方法不僅困難而且昂貴，還可能有很多纖維端頭留在部件內(nèi)，成為化學(xué)侵蝕和應(yīng)力集中源。 (3)成形時(shí)對(duì)溫度和壓力的要求沒(méi)有其它方法那么嚴(yán) 格，較低溫度下成形可減少纖細(xì)基體界面反應(yīng)。 (4)纖細(xì)基體界面無(wú)雜質(zhì)等干擾。 (5)纖維體積分?jǐn)?shù) 易于控制，可以很高 (15一 80%)(6)在處理纖維和復(fù)合材料成形中，有涂層的纖維不易損壞 23.5.3圖 5-1工藝流程圖纖維涂層法原理圖靶材的制作與增強(qiáng)體纖 維的纏繞濺射涂層涂層纖維的堆垛與填裝抽真空熱等靜壓圖 5

23、-2 纖維涂層法工藝流程圖5.4具體步驟5.4.1靶材的制作與增強(qiáng)體纖維的纏繞將 Ti 一 6AI 一 V 鈦合金塊鍛壓成型，然后進(jìn)行熱處理使其均質(zhì)化，消除或者減小應(yīng)力，再 用線(xiàn)切割進(jìn)行加工得到有余量靶材的毛坯，再用磨床磨削到規(guī)格尺寸，用超聲波清洗磨削液后制 成靶材。將增強(qiáng)體 SiC 在無(wú)塵環(huán)境中纏繞在纖維支架上，纏繞結(jié)束要對(duì)支架上的纖維進(jìn)行檢查防止纖 維間的搭接，從而影響到后面濺射時(shí)候涂層的均勻性。5.4.2 濺射涂層使用磁控濺射設(shè)備在纖維上均勻的涂敷鈦合金涂層，涂層的厚度由復(fù)合材料中的纖維體積分 數(shù)決定5.4.3 涂層纖維的堆垛與填裝將涂層纖維分割成要求尺寸，然后將敷有鈦合金涂層的纖維在經(jīng)

24、過(guò)嚴(yán)格清洗的厚壁鈦合金管 中密集堆垛，緊密程度要適中。填裝過(guò)于緊密，容易使纖維發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，剝落涂層，而填裝得太疏 松則容易從孔中滑出 ,影響熱等靜壓的致密壓實(shí)。5.4.4 真空封焊和熱等靜壓抽真空后使用真空壓力擴(kuò)散焊接設(shè)備或者用真空電子束焊設(shè)備封焊，再經(jīng)熱等靜壓將基體致 密壓實(shí)。封焊使用的包套的質(zhì)量影響著熱等靜壓致密化的程度，包套可以阻擋熱等靜壓的壓力介 質(zhì)氣體進(jìn)入復(fù)合材料中，還能保持真空封焊時(shí)的真空度（由于復(fù)合材料中氧含量對(duì)材料性能有很 大影響，在濺射和制備試樣過(guò)程中都要保證足夠的真空度，以降低氧含量對(duì)材料的影響）。 5.5 濺射工藝5.5.1 反濺射時(shí)間纖維在制造過(guò)程中不可避免的要有污染物，

25、阻礙了涂層與纖維的結(jié)合。合適時(shí)間的反濺射清 洗則能將表面污染物，表面吸附的氣體濺射出去。粒子轟擊還能改善形核和生長(zhǎng)狀態(tài)，纖維表面 形成微觀粗糙不平，增加纖維與涂層間的機(jī)械鎖合力，有利于涂層在纖維上的沉積，改善涂層與 纖維間的附著性。同時(shí)在制造纖維的時(shí)候表面也會(huì)有結(jié)合不是很好的 SiC 顆粒，反濺射也能將它 打出去，避免了在涂層生成后由于表面張力使得涂層與纖維分開(kāi)。反濺射工藝直接影響纖維與涂 層的結(jié)合情況，從而影響到整個(gè)復(fù)合材料在制備后的整體性能 24 。5.5.2 濺射功率從濺射薄膜理論上可以知道，涂層在產(chǎn)生和變厚的時(shí)候同時(shí)要產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力則會(huì)破壞纖維 與涂層的結(jié)合，功率越大，應(yīng)力則相應(yīng)的變大

26、。在一定范圍的功率內(nèi)功率增大，使得濺射出的靶 材原子能量變大，數(shù)目便多。能量大的原子能提高沉積時(shí)候原子的擴(kuò)散能力，從而提高與纖維的 附著能力。這兩個(gè)因素對(duì)纖維涂層的附著性的影響是相反的，就會(huì)在某一個(gè)功率條件下，兩者的 影響相互抵消，形成一種平衡，在這個(gè)條件下纖維涂層的附著性是最好的 25 。5.5.3 工作氣壓 在功率相同的條件下，剛濺射出靶材的原子具有的能量是相同的，在到達(dá)纖維要經(jīng)過(guò)很多次 碰撞。工作氣壓高，這種碰撞發(fā)生的次數(shù)及相對(duì)較大，氣體原子對(duì)靶材原子的散射比較厲害，原 子損失的能量較大 26。這就降低了原子在沉積時(shí)后的擴(kuò)散能力，對(duì)附著性和致密性就有很大的影 響。但是如果氣壓過(guò)低，濺射時(shí)

27、起輝不足或者無(wú)法起輝，轟擊靶材的氫氣離子太少也影響涂層的 附著力和致密性。5.6 熱等靜壓工藝用纖維涂層法制備復(fù)合材料，采用熱等靜壓作為最后壓實(shí)致密化的方法。熱等靜壓使整個(gè)涂 層纖維通過(guò)鈦合金管在加熱過(guò)程中受到各個(gè)方向均衡壓力，利用高溫高壓的共同作用促進(jìn)材料的 致密化。濺射產(chǎn)生的涂層纖維在濺射過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生界面反應(yīng)，是機(jī)械結(jié)合，這種結(jié)合的結(jié)合力 很弱,在受到單方向的壓力時(shí)很容易脫落，脆性的 SiC 纖維在受到單方向很大壓力的時(shí)候很容易破 碎，失去或減弱做為增強(qiáng)體的作用，熱等靜壓可以很好地解決上面的問(wèn)題。制定熱等靜壓工藝首先要確定熱等靜壓的溫度，通常在制備復(fù)合材料的溫度范圍是低于該基 體鈦合金的

28、 轉(zhuǎn)變溫度 30 一 100。壓力選擇既要能保證材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)，又要能保證增強(qiáng)體 不被壓碎。 SiC/Ti 基復(fù)合材料的壓力從 100MPa到 200MPa 范圍內(nèi)都有。保溫保壓時(shí)間選擇應(yīng)使 基體的蠕變能充分進(jìn)行，又不至于造成晶粒長(zhǎng)大等不利現(xiàn)象出現(xiàn)，一般選擇1一 2 小時(shí)27。6 總結(jié)SiC纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料 (TMC)將鈦合金的塑性與增強(qiáng)體 SiC 纖維的優(yōu)越承載能力相結(jié)合， 表現(xiàn)出良好的性能，使其即使在 600800的高溫下，仍具有卓越的強(qiáng)度、韌度、剛度和蠕變抗 力。采用箔-纖維-箔法、漿料帶鑄造法、纖維涂層法三種制備工藝，按照工藝流程，控制工藝參 數(shù)，即可制備性能良好的 SiC 纖維

29、增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。TMC 有著高的比強(qiáng)度和比模量以及極佳的疲勞和蠕變性能，優(yōu)異的高溫性能及耐蝕性能，倍 受矚目，它在航空航天領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。致謝感謝向道平老師對(duì)本論文相關(guān)理論知識(shí)的指導(dǎo)，對(duì)我完成該論文提供了很大的幫助參考文獻(xiàn)1 Kissingr R D, Deye J D, Anton D L, Cetel A D eds.Supcralloys 1996C. Pennsylvania: TMS Press, 1996: 5795862. 楊延清,朱燕,陳彥等 ,siC 纖維 n基復(fù)合材料的制備及性能 ,稀有金屬材料與工 程,2002,31(3):201#2043. 毛小南,張鵬省,

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