连续陶瓷SiC纤维增强钛基仿生叠层复合材料热加工工艺研究
发布时间：2021-03-24 12:05
以韧性金属Ti箔、连续陶瓷Si C纤维、金属间化合物Ti2AlNb箔为原材料,对箔-纤维-箔进行了单元堆叠,采用真空热压和陶瓷SiC纤维编织技术制备了不同热加工工艺参数下的连续陶瓷Si C纤维增强钛基仿生叠层复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）对制备态复合材料微观组织形貌和各组元间界面元素分布进行了分析。结果表明,当热加工工艺参数为920℃/30 min/40 MPa时,复合材料各组元间实现理想冶金结合,陶瓷SiC纤维均匀等距分布于韧性金属Ti基体中,韧性金属Ti箔与金属间化合物Ti2AlNb箔通过元素扩散实现了理想冶金结合。
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(20)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
连续陶瓷Si C纤维
试验研究过程中，通过箔材裁剪机将韧性金属Ti箔和金属间化合物Ti2Al Nb箔裁剪，尺寸为40mm×60 mm，同时依次采用不同粒度的砂纸分别对箔材上下表面进行打磨处理，以除去箔材表面的氧化膜结构及其他杂质成分，待箔材打磨完成后，将其置于丙酮溶液，在高功率超声波中清洗20min，使得在打磨完成后机械粘附于箔材上下表面的杂质与箔材本体发生脱离，进一步获得表面洁净的试验所用箔材，随后对箔材进行真空干燥处理。将连续陶瓷Si C纤维在程序可控的纤维缠绕机上均匀编织排布，纤维单丝间轴向间距为200μm，陶瓷Si C纤维布编织宽度为40mm，待编织完成后将预先配置好的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶体溶剂喷涂于陶瓷Si C纤维布表面，进而对陶瓷Si C纤维布实现表面固结。陶瓷Si C纤维编织设备如图2所示。将试验准备好的韧性金属Ti箔、金属间化合物Ti2Al Nb箔和陶瓷Si C纤维布按照图3所示复合材料结构单元顺序依次重复堆叠组合，在复合材料的一个结构单元组中，陶瓷Si C纤维布置于结构单元组的中心位置，Si C纤维上下表面由韧性金属Ti箔包覆，金属间化合物Ti2Al Nb箔包覆于结构单元最外侧，单元组形成“三明治”结构状态。随后依次重复复合材料结构单元组进行复合材料预制体的堆叠，待堆叠完成后用直径为100μm的不锈钢纤维将复合材料预制体捆绑固定。然后将预制体置于真空热压烧结炉腔体内，腔体真空度可达10-3Pa级别，待腔体温度升至预设温度区间内，复合材料在热压炉上下压头的单向垂直载荷作用下热压烧结冶金成型，获得复合材料热加工试样面板。复合材料热加工制造示意图如图4所示。
将试验准备好的韧性金属Ti箔、金属间化合物Ti2Al Nb箔和陶瓷Si C纤维布按照图3所示复合材料结构单元顺序依次重复堆叠组合，在复合材料的一个结构单元组中，陶瓷Si C纤维布置于结构单元组的中心位置，Si C纤维上下表面由韧性金属Ti箔包覆，金属间化合物Ti2Al Nb箔包覆于结构单元最外侧，单元组形成“三明治”结构状态。随后依次重复复合材料结构单元组进行复合材料预制体的堆叠，待堆叠完成后用直径为100μm的不锈钢纤维将复合材料预制体捆绑固定。然后将预制体置于真空热压烧结炉腔体内，腔体真空度可达10-3Pa级别，待腔体温度升至预设温度区间内，复合材料在热压炉上下压头的单向垂直载荷作用下热压烧结冶金成型，获得复合材料热加工试样面板。复合材料热加工制造示意图如图4所示。图4 复合材料热加工制造示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]连续碳化硅纤维增强钛基（SiCf/Ti）复合材料的制备技术及界面特性研究综述[J]. 成小乐,尹君,屈银虎,符寒光,赵冰. 材料导报. 2018(05)
[2]Ti2AlNb基合金轧板高温抗氧化性能研究[J]. 朱慧萍,曲寿江,祁广源,沈军. 稀有金属. 2016(02)
[3]Ti3Al/Ti/Ti2AlNb扩散连接工艺及性能[J]. 魏红梅,李万青,何鹏,高丽娇,林铁松. 焊接学报. 2015(04)
[4]新型金属间化合物基层状装甲防护复合材料[J]. 曹阳,朱世范,果春焕,侯红亮,姜风春. 兵器材料科学与工程. 2014(06)
[5]Ti2AlNb基合金微观组织调制及热成形研究进展[J]. 沈军,冯艾寒. 金属学报. 2013(11)
[6]Ti/Ti-Al微叠层复合材料的微观组织与性能研究[J]. 马李,孙跃,赫晓东. 材料工程. 2007(S1)
[7]微叠层结构材料的研究现状[J]. 马培燕,傅正义. 材料科学与工程. 2002(04)
[8]SiC纤维增强Ti基复合材料的制备及性能[J]. 杨延清,朱艳,陈彦,张清贵,张建民. 稀有金属材料与工程. 2002(03)
博士论文
[1]SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应研究[D]. 朱艳.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]Ti3Al和Ti2AlNb合金的扩散连接工艺及机理研究[D]. 高丽娇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3097691
【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(20)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
连续陶瓷Si C纤维
试验研究过程中，通过箔材裁剪机将韧性金属Ti箔和金属间化合物Ti2Al Nb箔裁剪，尺寸为40mm×60 mm，同时依次采用不同粒度的砂纸分别对箔材上下表面进行打磨处理，以除去箔材表面的氧化膜结构及其他杂质成分，待箔材打磨完成后，将其置于丙酮溶液，在高功率超声波中清洗20min，使得在打磨完成后机械粘附于箔材上下表面的杂质与箔材本体发生脱离，进一步获得表面洁净的试验所用箔材，随后对箔材进行真空干燥处理。将连续陶瓷Si C纤维在程序可控的纤维缠绕机上均匀编织排布，纤维单丝间轴向间距为200μm，陶瓷Si C纤维布编织宽度为40mm，待编织完成后将预先配置好的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶体溶剂喷涂于陶瓷Si C纤维布表面，进而对陶瓷Si C纤维布实现表面固结。陶瓷Si C纤维编织设备如图2所示。将试验准备好的韧性金属Ti箔、金属间化合物Ti2Al Nb箔和陶瓷Si C纤维布按照图3所示复合材料结构单元顺序依次重复堆叠组合，在复合材料的一个结构单元组中，陶瓷Si C纤维布置于结构单元组的中心位置，Si C纤维上下表面由韧性金属Ti箔包覆，金属间化合物Ti2Al Nb箔包覆于结构单元最外侧，单元组形成“三明治”结构状态。随后依次重复复合材料结构单元组进行复合材料预制体的堆叠，待堆叠完成后用直径为100μm的不锈钢纤维将复合材料预制体捆绑固定。然后将预制体置于真空热压烧结炉腔体内，腔体真空度可达10-3Pa级别，待腔体温度升至预设温度区间内，复合材料在热压炉上下压头的单向垂直载荷作用下热压烧结冶金成型，获得复合材料热加工试样面板。复合材料热加工制造示意图如图4所示。
将试验准备好的韧性金属Ti箔、金属间化合物Ti2Al Nb箔和陶瓷Si C纤维布按照图3所示复合材料结构单元顺序依次重复堆叠组合，在复合材料的一个结构单元组中，陶瓷Si C纤维布置于结构单元组的中心位置，Si C纤维上下表面由韧性金属Ti箔包覆，金属间化合物Ti2Al Nb箔包覆于结构单元最外侧，单元组形成“三明治”结构状态。随后依次重复复合材料结构单元组进行复合材料预制体的堆叠，待堆叠完成后用直径为100μm的不锈钢纤维将复合材料预制体捆绑固定。然后将预制体置于真空热压烧结炉腔体内，腔体真空度可达10-3Pa级别，待腔体温度升至预设温度区间内，复合材料在热压炉上下压头的单向垂直载荷作用下热压烧结冶金成型，获得复合材料热加工试样面板。复合材料热加工制造示意图如图4所示。图4 复合材料热加工制造示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]连续碳化硅纤维增强钛基（SiCf/Ti）复合材料的制备技术及界面特性研究综述[J]. 成小乐,尹君,屈银虎,符寒光,赵冰. 材料导报. 2018(05)
[2]Ti2AlNb基合金轧板高温抗氧化性能研究[J]. 朱慧萍,曲寿江,祁广源,沈军. 稀有金属. 2016(02)
[3]Ti3Al/Ti/Ti2AlNb扩散连接工艺及性能[J]. 魏红梅,李万青,何鹏,高丽娇,林铁松. 焊接学报. 2015(04)
[4]新型金属间化合物基层状装甲防护复合材料[J]. 曹阳,朱世范,果春焕,侯红亮,姜风春. 兵器材料科学与工程. 2014(06)
[5]Ti2AlNb基合金微观组织调制及热成形研究进展[J]. 沈军,冯艾寒. 金属学报. 2013(11)
[6]Ti/Ti-Al微叠层复合材料的微观组织与性能研究[J]. 马李,孙跃,赫晓东. 材料工程. 2007(S1)
[7]微叠层结构材料的研究现状[J]. 马培燕,傅正义. 材料科学与工程. 2002(04)
[8]SiC纤维增强Ti基复合材料的制备及性能[J]. 杨延清,朱艳,陈彦,张清贵,张建民. 稀有金属材料与工程. 2002(03)
博士论文
[1]SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应研究[D]. 朱艳.西北工业大学 2003
硕士论文
[1]Ti3Al和Ti2AlNb合金的扩散连接工艺及机理研究[D]. 高丽娇.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3097691
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