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陶瓷纤维增强tial3ti层状复合材料的界面研究【字数:9612】

2022-12-17 18:27编辑: www.51jrft.com51今日论文网
本课题以 Ti 板、Al 板、Al2O3陶瓷纤维为原料,采用真空热压烧结技术,在真空下加热到950℃保温三小时进行热处理制备,利用光学显微镜对层状复合材料的组成和微结构进行分析;利用电子天平、显微硬度计、X射线衍射仪、万能电子试验机对层状复合材料的密度、显微硬度和静态力学性能进行测试。显微硬度结果表明,在复合材料中Ti 层的显微硬度明显低于Al3Ti层的显微硬度。排水法测得的密度为3.8873g/cm3,混合法测得的密度为3.8469g/cm3。未经过热处理的材料垂直于层叠方向的抗压强度、失效应变为1463.8Mpa、2.6%,经过热处理的复合材料垂直于层叠方向的抗压强度、失效应变为1233.3Mpa、4.2%。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的意义 1
1.2 Al2O3陶瓷纤维 2
1.3 Al2O3陶瓷纤维的应用 2
1.4层状材料的科研状况 3
1.4.1层状材料的制备方法 3
1.4.2 层状材料的应用领域 3
1.5陶瓷纤维增强复合材料 4
第二章 实验部分 5
2.1原材料的准备 5
2.1.1 Ti 箔、Al 箔与 Al2O3陶瓷纤维的叠加 5
2.1.2 Al2O3纤维预处理 5
2.1.3 箔纤维箔的堆叠排列 5
2.2实验所用仪器 6
2.3材料密度的测定 6
2.4显微硬度的测定 7
2.5 X衍射仪分析 7
2.6本章小结 8
第三章 陶瓷纤维增强Ti/Al3Ti基层状复合材料的制备工艺与微结构分析 9
3.1 Al2O3 纤维增强Al3Ti基层状复合材料密度的测量 9
3.1.1排水法 9
3.1.2混合法 10
3.2 Al2O3 纤维增强Al3Ti基层状复合材料的制备工艺与微结构分析 11
3.2.1复合材料制备工艺 11
3.2.2复合材料的微观形貌及相组成 11
3.3本章小结 13
第四章 陶瓷纤维增强Ti/Al3Ti基层状复合材料的性 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ¥351916072
能测试及分析 14
4.1引言 14
4.2复合材料的显微硬度分析 14
4.3 材料的准静态压缩分析 16
4.3.1 准静态压缩测试系统的标定 16
4.3.2未热处理的复合材料板的准静态压缩分析 17
4.3.3 950oC三小时热处理后的复合材料板的准静态压缩分析 17
4.4本章小结 18
结论 19
参考文献 20
致谢 22 第一章 绪论
作为新型轻质材料,Ti/Al3Ti层状复合材料因其特殊层结构具有良好的能源吸收特性,并在航空宇宙领域有着良好的应用前景。但是,由于Al3Ti的低室温塑性韧性及高温下的强度,由于材料填充量的限制,Ti/ Al3Ti层状复合材料在实际用途上受到了限制。本研究采用纤维复合材料强化和强化机构,以改善纤维强化所产生的复合材料的整体韧性,将连续陶瓷纤维(例如Al2O3)导入到Al3Ti层[1]。然而,由于陶瓷纤维与金属间化合物矩阵之间的物理化学适应性不足,这种复合材料的界面问题是需要解决的重要问题。因此,这个实验集中在陶瓷纤维增强Ti/Al3Ti层状复合材料上。正在探索界面以通过界面改善纤维增强。
1.1课题研究的意义
根据壳材料的强度和韧性的原则,轻量层状复合材料因为其低密度和高强度在很多国家得到极大的重视。Ti/Al金属间化合物,因为它出色的综合力学性能例如质量比较轻、高温耐性好等等,成为了各个国家的科学家们所重点研究的对象。相比较TiAl、Ti3Al等金属间化合物,因为Al3Ti的低温塑韧性最差,因此不受科学家们的待见,但是因为其他的一些性能不错比如抗高温氧化性能好,密度较小等[2]。这些年来科学家们为了好好利用这一材料的优势性能,科学家们逐渐发现Al3Ti金属间化合物和高强度钛合金强化后的Ti/Al3Ti层状复合材料具有一些独特的性能可以在各个方面加以利用。其中,在复合材料中加入金属间化合物能使原来的材料蝴蝶更好的耐蠕变性和高温强度,在其中加入延性金属可以使得复合材料拥有更好的韧性[2]。这种机制的材料不仅仅可以在高温下使用,此外国内外多科学家还把这种材料的独特性能在航空宇宙和军用车辆保护领域使用。在Ti/Al金属间化合物中在Al3Ti这种材料的脆性高,但是可以通过加入延性较好的金属解决这个问题,不过还有局部的性能不过关例如局部韧性不好,但是科学家们经过进一步的研究发现,可以在其中加入Al2O3陶瓷纤维能持续增加材料的韧性。下面的这些原因解释了为什么加入陶瓷纤维:
在热膨胀系数这方面Al2O3陶瓷纤维与基体相较为接近; 在高温条件下,科学家们发现Al2O3陶瓷纤维这种增强相的化学性能与基体相较为相近。Al2O3纤维的制备技术和流程较为稳定简单,而且Al2O3纤维可以用在不同的苛刻条件下使用。 所以这种Al2O3陶瓷纤维是具有发展潜力的增强体。
1.2 Al2O3陶瓷纤维
Al2O3陶瓷纤维是以Al2O3为主要成分,耐高温氧化性出色,在1400℃的高温也能使用的纤维,是近几年引人注目的无机纤维。它具有高强度、低热传导率和特别的电气性质和耐腐蚀性。可以用金属氧化物粉末、无机盐等制备而成,制造方法简单,较低的设备要求,对军用和民用复合材料来说是重要的强化类型[3]。
1.3 Al2O3陶瓷纤维的应用
武器装备方面:由于 Al2O3纤维加入到铝基复合材料后使得材料的性能得到大幅度的提升,人们将它应用在发动机等设备上。很多国家将这种复合材料用在他们国家的军用设备上,使这些设备的质量相比之前下降了将近一半以下。氧化铝陶瓷可用作吸附材料,这种材料每层氧化铝纤维整齐地朝同一方向排列,且每层纤维之间的夹角为90°[4]。

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