纳米金刚石增强钛基复合材料的制备与性能文献综述

 2022-10-28 10:10

文献综述(或调研报告):

1 钛合金及钛基复合材料

钛合金

钛及其合金具有密度低、比强度高、抗疲劳、耐腐蚀、热强性好、无磁以及生物相容性好等优良特性,已被广泛应用于航空、航天、舰船、化工、冶金及生物医用等领域。根据合金本身特性及应用状况的不同,钛合金可分为高强钛合金、损伤容限钛合金、高温钛合金、合金、耐蚀船用钛合金、低成本钛合金、医用钛合金等几大类[1]

钛基复合材料

钛基复合材料(TMCs)就是以钛合金为基体,向其中添加可优化其性能的第二增强相制备而成的材料。钛基复合材料既能保持钛合金的优良特性,又具有比钛合金更高的比强度、比刚度和良好的抗高温、耐腐蚀性能,在航空航天、汽车、生物医用等领域有着广阔的应用前景,引起了材料研究者的广泛兴趣。

钛基复合材料分为连续纤维增强(FTMCs)和非连续(颗粒、晶须)增强钛基复合材料(ITMCs)2大类,这2种复合材料都要求基体材料具有较好的力学和加工成形性能[2]。相容性差的体系,在材料的使用过程中,增强体会和基体脱落而导致整个复合材料失效。另外,选择的增强体和钛合金基体在热力学上必须是稳定的。

钛基复合材料的制备

    1. 连续增强钛基复合材料(FTMCs)制备方法

作为钛基复合材料中的增强相,颗粒、晶须和短纤维易发生偏聚、分布不均匀现象,尤其是颗粒的尖锐化会引起应力集中,大大影响了复合材料性能。颗粒、晶须、短纤维相比,连续纤维兼具高刚度、强度和韧性,被广泛应用于连续纤维增强钛基复合材料,其中连续纤维增强体是载荷的主要承受部分,基体则起到粘结和保护纤维同时承担、传递载荷的作用[3]

2.1.1 箔一纤维一箔法(FFF)

FFF法是将具有高强度、高硬度的纤维与高温反应活性大的钛合金结合起来的简单有效的方法。该法把用金属丝或带交叉编织的纤维放在钛合金箔之间,多层叠放后,热压或热等静压固化压实,如图1所示。其工艺要求基体合金有较好的塑性和加工成型性能。

图1. FFF法制备FTMCs

该工艺的缺点主要表现在:钛合金箔材难于加工,价格昂贵;纤维在固化压实时会发生流动,造成纤维分布不均匀[2]

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