SiC纤维增强Ti基复合材料的组织

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● 沥青基碳纤维的性能
日本三菱化成公司Pitch－CF产品牌号及性能
美国Amoco公司Pitch－CF产品牌号及性能
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拉伸强度高，～7GPa； 弹性模量～900GPa；
(5.2)、碳纤维的物理性能
密度小：1.5～2.0 g/cm3之间，石墨化程度越高，密度越大； 热膨胀系数小：轴向(-1.5～-0.5) ×10-6/K
耐热性：在不接触空气和氧化气氛时，惰性气氛中热稳定性 高(2000℃还能承载)，在空气中400℃开始下降；
耐油、抗放射、吸收有毒气体等
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(6)、碳纤维的应用
做为高性能增强纤维，应用在各类复合材料中（PMC、 MMC、CMC和C/C），广泛应用于
航空航天、军事：航空器的主承力结构材料，如主翼、尾 翼、机体；C/C刹车片；防热及结构材料：火箭喷嘴、防热层； 卫星天线、太阳能翼片底板，等等；
热匹配（热膨胀系数）、互溶性等； 高化学稳定性 优良的性能再现性和一致性 增强材料的形状、尺寸 容易制造，性能/价格比。
对结构复合材料，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 增强体与基体相容性主要反映界面作用和影响。
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二、纤 维（fiber）
重点介绍： 有机纤维：Kevlar纤维，聚乙烯纤维，尼龙 无机纤维：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、SiC纤维、 Al2O3纤维
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3、碳化硅(SiC)纤维（Silicon carbide fiber, SiCf） (1)、SiC纤维的制备
CVD(化学气相沉积)法
使用钨芯或碳芯采用CVD法制备出SiC纤维，美国Texton公司商品名SCS2、SCS-6、 SCS-8等，以及英国的Sigma11140+。该方法生产的碳化硅纤 维的密度为～3.5 g/cm3，性能高强、高模，抗拉强度为2.2～3.9GPa，模 量为415 GPa，直径为100、140m，柔软性也差。

Vol 53 No 2 铸造Feb. 2004 FOUNDRY ∀97 ∀( TiB2+ SiC)/ ZL109 复合材料的制备及其力学性能赵德刚, 刘相法, 边秀房( 山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室, 山东济南250061)摘要:采用搅拌铸造和原位反应合成相结合的方法制备出( T iB2+ SiC) / ZL 109 复合材料。

对该复合材料的显微组织观测表明, SiC 颗粒与T iB2颗粒分布较均匀。

通过对材料的室温拉伸性能及硬度测试, 发现T iB2、SiC 两相颗粒增强Al-Si 基复合材料的硬度明显比单一颗粒增强复合材料提高, 而其拉伸强度也略有提高, 弥补了单一SiC 颗粒增强铝基复合材料U T S 降低的不足。

( T iB2+ SiC) / ZL 109 复合材料较基体合金ZL109 硬度提高了34 8% 。

关键词: 复合材料; 铝合金; TiB2粒子; SiC 粒子; 协同增强中图分类号: T B331 文献标识码: A 文章编号: 1001 4977 ( 2004) 02 0097 04Fabrication and Mechanical Properties of (TiB2+ SiC)/ ZL109CompositesZHAO De gang, LIU Xiang fa, BIAN Xiu fang( The Key Laboratory of Materials Liquid Structure and Heredity, Ministry of Education, ShandongUniversity, Jinan 250061, Shandong, China)Abstract: Fabrication technology of ( TiB2+ SiC) / ZL109 composites by stirring casting and in situ methodwas studied in this paper. The microanalysis of the composites revealed that TiB2 and SiC particles arewell distributed in the matrix. From the results of hardness tests and tensile experiments at room temperature, it is found that the hardness of the composites reinforced cooperatively by TiB2 and SiC, is obviouslyhigher than that of the ZL109 matrix, and the tensile strength of the composites is slightly higher than thematrix. The composites cover the shortage that UTS of composites reinforced by SiC particle declinessharply. It can be shown that the hardness of the ( TiB2+ SiC) / ZL109 was raised by 34 8% than that ofmatrix.Keywords: composites; aluminium alloy; TiC particle; TiB2 particle; cooperative reinforcement金属基复合材料( M MCs) 综合了金属基体的高延性、高韧性和增强相高强度、高模量的优点, 具有高比强度、高比刚度和热稳定性好等优良特性。

实 验 采用 的增 强纤 维为 北京 航空 材料 研究 院采 用 Ｃ Ｄ工艺 自制 的 带 Ｃ＋Ｂ Ｃ涂 层 ＳＣ纤 维 ， Ｖ ｉ 纤维 平 均抗 拉 强度 约 ３ ０ ＭＰ ， ５ ０ ａ 直径 １ ０ ｍ。基体 材 料 ０ｍ 采用 Ｔ一５ Ｔ一５ 一Ｃ －Ａ一Ｓ ） 金 。 复 合 材 料 ｉ ３（ ｉ Ｖ ３ ｒ Ｉ ｎ 合 １ １ ３ ３ 制备 采用 箔压 法真 空热 压扩 散结 合工 艺 。 首先 对 ＳＣ Ｔ 复 合 材 料 的 界 面 反 应 进 行 热 力 ｉ／ ｉ 学分 析 ， 出可能 的界 面反应 产 物 ， 对 界面 反应 层 得 并
为化 学反应计 量系数 ， 为各 组元 的标 准 自由能 。 Ｇ Ｊ＝ ； 。 ｎｏ 为反应 的活度 商 ， 活度 口 可 由下式 求得 ：
口 ＝ ｉｉ ｉ ｙ （） ２
其 中 ，，为 活度 系数 ， 为 摩 尔 分 数 。进 一 步 将 Ｔ ’ ｉ ｉ ｉ 合 金基体 处 理为 在 高 温 下 近似 于 规 则 溶 液 ， 于 二 对 组 元 固溶 体 或金 属 间化合 物有 以下 规律 ：
的关 系 。对 相 同热压 工艺 下制 备 的复合 材料 进行 不 同 时间 的热 处理 ， 扫 描 电镜 下估 算 界 面反 应 层 厚 在
度 ， 而可得 出界 面 反 应 层 厚 度 与 反应 时 间及 拉 伸 从
强 度 的关系 。
互 溶 ， 为独立 的相 ， 而可 认 为涂层 中的 ｃ和 Ｂ ｃ 都 从 都处 于单 位 活度 。如果 涂层 与 基体 的界 面反 应产 物
合 金成 分一 定 时 ：
ｌ （ ， ＝ Ｉ（ Ｔ ｎ ｙ ）。 Ｒ ｎ ｙ ）２ （） ３
做能 谱成 分分 析及 射
采用 不 同的 热压工 艺 制备 复合 材料 并分 别进 行拉 伸 实 验 ， 而得 出不 同界 面 结 合状 态 与拉 伸 强 度 之 间 从

CMC (Ceramic Matrix Composites) 是一
种由陶瓷基复合材料和增强纤维组成的材料。

SIC (Silicon Carbide) 是一种著名的陶瓷材料，具有高硬度、高耐磨性、高温稳定性等
特点，是CMC中常用的陶瓷基材料之一。

CMC—SIC复合材料是由CMC和SIC两种
材料组成的复合材料。

CMC作为基体材料，提供了复合材料的韧性和可加工性；而SIC
作为增强材料，则能够提高复合材料的强度
和硬度，并且具有耐磨、耐高温等特点。

CMC—SIC复合材料具有以下特点：
1.高强度：SIC纤维增强基体的强度比单一
CMC基体的强度高出数倍。

2.高硬度：SIC是一种硬度极高的陶瓷材料，能够提高复合材料的硬度。

3.良好的耐磨性：SIC具有良好的耐磨性，能够提高复合材料的耐磨性。

4.良好的高温性能：SIC具有良好的高温稳定性，能够提高复合材料的高温性能。

5.良好的耐腐蚀性：SIC具有良好的耐腐蚀性，能够提高复合材料的耐腐蚀性。

CMC—SIC复合材料在航空航天、汽车、机
械等领域有着广泛的应用。

例如，在航空航
天领域，CMC—SIC复合材料被用作高温结构材料，能够承受高温和高压环境下的应力
和振动。

在汽车领域，CMC—SIC复合材料被用作制动系统的材料，因为它具有良好的
耐磨性和耐高温性能。

在机械领域，CMC—SIC复合材料被用作高强度、高硬度的结构
材料，能够承受高压和高温环境下的应力和
振动。

总之，CMC—SIC复合材料是一种具有优异性能的复合材料，在高温、高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀等领域有着广泛的应用前景。