第三元素摻雜原位合成Al2O3-TiAl復(fù)合材料的研究

第三元素摻雜原位合成Al2O3-TiAl復(fù)合材料的研究

摘要：Al2O3/TiAl復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究利用原位合成方法成功制備了Al2O3基體中摻雜有第三元素的TiAl復(fù)合材料，并對其組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學性能等進行了表征和分析。結(jié)果表明，加入適量的第三元素能夠顯著提高Al2O3/TiAl復(fù)合材料的力學性能，對該復(fù)合材料的硬度、強度和韌性均有積極影響。

關(guān)鍵詞：第三元素；Al2O3/TiAl復(fù)合材料；原位合成；力學性能

1.引言

鋁酸鋁鈦（Al2O3/TiAl）復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學性能和尺寸穩(wěn)定性，在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，純凈的Al2O3/TiAl復(fù)合材料尚存在一些問題，如材料的韌性不足、抗磨性差等。通過引入適當比例的第三元素，有望進一步改善材料的性能。因此，本研究旨在探究第三元素摻雜對Al2O3/TiAl復(fù)合材料性能的影響。

2.實驗方法

本實驗采用原位合成法制備Al2O3/TiAl復(fù)合材料，具體步驟如下：首先，按一定比例混合粉末狀的鋁和氧化鈦，在750°C下進行球磨處理，得到均勻混合的粉末；然后，在高溫下通過等離子體反應(yīng)燒結(jié)法，利用高能等離子體對反應(yīng)物進行加熱和反應(yīng)，使得鋁和氧化鈦發(fā)生還原反應(yīng)生成納米鋁粉末和納米碳化鈦粉末，同時將第三元素注入反應(yīng)體系；最后，經(jīng)過高溫固相反應(yīng)和熱處理，得到Al2O3/TiAl復(fù)合材料。

3.結(jié)果與討論

3.1組成分析

通過能譜儀的分析，發(fā)現(xiàn)制備的Al2O3/TiAl復(fù)合材料中成功摻雜了第三元素，并且其分布均勻。第三元素的摻雜有助于提高材料的熱穩(wěn)定性和力學性能。

3.2顯微結(jié)構(gòu)觀察

通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，發(fā)現(xiàn)加入第三元素后，Al2O3/TiAl復(fù)合材料中的晶粒尺寸顯著減小，晶粒分布更加均勻。這是由于第三元素的加入，能夠有效抑制Al2O3和TiAl之間的晶界生長，從而提高了材料的致密性和力學性能。

3.3力學性能測試

通過拉伸測試和硬度測試，評估了不同樣品的力學性能。結(jié)果顯示，加入適量的第三元素后，Al2O3/TiAl復(fù)合材料的硬度明顯增加，抗拉強度和延展性也有所提高。這是由于第三元素的加入能夠改變材料的晶體結(jié)構(gòu)，增加晶體之間的相互作用力，從而提高了材料的力學性能。

4.結(jié)論

本研究成功利用原位合成法制備了Al2O3/TiAl復(fù)合材料，并成功將第三元素摻雜進材料中。通過對材料的組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學性能進行表征和分析，得出以下結(jié)論：第三元素的加入能夠顯著改善Al2O3/TiAl復(fù)合材料的硬度、強度和韌性。這為進一步提升Al2O3/TiAl復(fù)合材料的性能提供了新思路，也為航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力支持。

然而，本研究尚存在一些問題，如第三元素的最佳添加比例、原位合成過程中的微觀反應(yīng)機理等，需要進一步研究和探索。同時，未來的工作還可以將焦點轉(zhuǎn)移到Al2O3/TiAl復(fù)合材料的表面改性、熱穩(wěn)定性等方面，以進一步提高材料的綜合性能。

綜合以上研究結(jié)果，本研究成功實現(xiàn)了第三元素的加入，并通過原位合成法制備了Al2O3/TiAl復(fù)合材料。通過對其組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學性能的測試分析，確定了第三元素的加入能夠有效抑制晶界生長，提高材料的致密性和力學性能。特別是在硬度、抗拉強度和延展性方面，加入適量的第三元素有明顯的改善效果。這一研究為提高Al2O3/TiAl復(fù)合材料的性能提供了新的思路和方法，對航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要