原位自生颗粒增强钛基复合材料研究现状

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1、原位自生颗粒增强钛基复合材料研宄现状摘要：钛基复合材料具有比重轻、强度高、耐腐蚀等许多优异性能，具有广泛应用。然而，传统钛合金材料己难以满足高技术的耍求。近年来，人们在原位自生颗粒增强钛基复合材料研宄方面取得了众多成果。由于原位自生钛基复合材料和对传统钛合金更为优异的综合性能，引起了人们广泛关注。木文从制备方法以及原位自生颗粒增强钦基复合材料性能综述了目前原位自生钦基复合材料的研究进展，并对原位自生颗粒增强钛棊复合材料进行Y前景展望。关键词：钛基复合材料；原位自生；颗粒增强；研究现状1、引言钝钛和以钛

2、为主的合金是继合金钢和金属铝之后新崛起的新型的结构材料。钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天、军事、工业程序、汽车等。现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钦代替钢铁。m然而，随着科技的不断向前发展，面对高技术时代对高性能钛合金材料口益紧迫的耍求，传统的钛合金材料己经很难满足高技术的要求。正因为如此，出现了由钛合金向钛基复合材料转移的趋势。钛基复合材料是指在钛或钛合金基体中植入刚硬陶瓷增强体的一种复合材料。它把钛的延展性、韧性与陶瓷的高强度、高模量结

3、合起来，从而获得了更高的剪切强度和压缩强度以及更好的高温力学性能。钛棊复合材料主要分为两大类:连续纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料。颗粒增强钛基复合材料按增强体生成方式可分为外加法和原位合成工艺方法。传统的外加法制备技术中，陶瓷增强相以颗粒、粉末的状态加入基体钛中。然而，传统的合成技术中增强相的尺度被最初的粉末粒度所限制，一般是微米级甚至毫米级。此外，传统外加法的合成技术还需要解决增强体浸润、制备过程屮增强相与基体的界面反应以及昂贵的成本等问题。l5’6j为了解决传统外加法造成的一系列问题，

4、人们开发了原位合成技术来制备非连续增强钛基复合材料，增强体通过原料中的元素相互发生化学反应而生成。w原位合成工艺方法制得的复合材料中增强颗粒与基体的相容性好，避免了外加增强颗粒的污染问题以及増强颗粒与棊体的界面之间的化学反应问题，增强体和棊体界面结合良好，而且增强颗粒和基体在热力学上稳定。这些特性对提高钛基复合材料的使用温度具有极为重要的意义，可以说原位合成钛基复合材料的是目前复合材料领域一个重要的研究方向。1712、原位反应合成技术原位合成法是一种最近发展起来制备复合材料的新方法。~其基本原理是利用

5、不同元素或化学物之间在一定条件下发生化学反应，而在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的目的。『91通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、自发长大，因此，增强体表面无污染，基体和增强体的和溶性良好，界面结合强度较高。⑽原位复合的概念起源于凝固过程中的原位结晶（In-SituCrystallization）和原位聚合（In-SituPolymerization）。MMCs原位☆成技术与传统复☆工艺相比有如卜'特点：（1）增强体表面无污染，避免了增强体与基体相容性

6、不良的问题，且界面结合强度高；（2）可有效的控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量；（3）省去了增强体单独合成、处理和加工等工序，因此工艺简单、成木较低；（4）从液态金属基体中原位形成增强体的工艺可采用金属成型方法制备形状复杂、尺寸较大的净近形构件。rlU21一般而言，原位工艺可以产生多种形态的增强体，从连续的到非连续的，从塑性和到陶瓷和、金属间化合物。故原位反应合成技术具有显著的技术优势和经济优势，它□成为当今复合材料领域中最活跃的研究方向。113］3、原位反应制备颗粒増强钛基复合材料加工方法原

7、位反应制备的颗粒增强钛基复合材料中增强颗粒与基体的相容性好，复合材料高温性能稳定，成为制备高性能颗粒增强钛基复合材料的首选途径。目前，熔铸法、粉末冶金法、自蔓延高温合成法、放热弥散（XDTM;法等都已用于原位反应制备颗粒增强钦基复合材料。［713.1熔铸法熔铸原位反应合成是将原位反应和传统的熔铸工艺相结合，它既有传统的熔铸工艺简单、灵活、成本低的特点，也兼有原位合成增强相与基体无界面反应而结合良好的特点。正是由于这些优点使得该方法被广泛用于颗粒增强钛棊复合材料制备。17,⑷张茂胜ll5j采用熔铸法原位

8、自生技术制备了Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.5Si为基体TiC+TiB为增强相的钛基复合材料以及基体钦合金，两增强相大多沿晶界分布，TiC多为颗粒状或者等轴状，TiB为针状或纤维状。李丽等人［161采用普通的熔炼方法，利用钦与B4C之间的化学反应制备7715D钛基复合材料，该复合材料的室温和高温力学性能均有提高。肖旅ll7j运用真空自耗电弧炉熔炼以及热加工、热处理技术，简洁、低成本地原位合成了以近＜1合金为基体，TiB、TiC