纖維增強(qiáng)Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復(fù)合材料的特殊結(jié)構(gòu)使其具有一系列的性能特點(diǎn),如材料的各向異性,以及幾何與物理非線性等,因此在研究、制造和應(yīng)用過(guò)程中面臨許多重要和復(fù)雜的性能問(wèn)題。本文針對(duì)NiTi纖維增強(qiáng)Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復(fù)合材料(SMAFR MIL復(fù)合材料)性能的各向異性問(wèn)題,通過(guò)改變纖維鋪設(shè)角設(shè)計(jì)出了正交NiTi纖維增強(qiáng)Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復(fù)合材料(正交SMAFR MIL復(fù)合材料)的新結(jié)構(gòu),同時(shí)制備出了單向NiTi纖維增強(qiáng)Ti-Al金屬-金屬間化合物層狀復(fù)合材料(單向SMAFR MIL復(fù)合材料)進(jìn)行性能比較;主要研究了單向SMAFR MIL復(fù)合材料和正交SMAFR MIL復(fù)合材料的制備工藝和反應(yīng)機(jī)理,重點(diǎn)研究了NiTi纖維鋪排方式對(duì)SMAFR MIL復(fù)合材料力學(xué)性能和阻尼性能的影響,并揭示了NiTi纖維鋪排方式在SMAFR MIL復(fù)合材料中的作用機(jī)理。研究結(jié)果表明:(1)無(wú)論初始單元結(jié)構(gòu)為“Ti-NiTi-Al-Ti”還是“Ti-Al-NiTi-Al-Ti”疊層,經(jīng)過(guò)熱壓燒結(jié)后NiTi纖維均是均勻地分布在金屬間化合物層中心,且在金屬間化合物層中形成由NiTi纖維、Al_3Ti單相區(qū)和兩相混合區(qū)構(gòu)成的“block單元”。通過(guò)HSC 6.0軟件對(duì)Al_3Ni相和Al_3Ti相形成自由能計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),Al_3Ni相優(yōu)先于Al_3Ti相形成,兩者交替形成兩相混合區(qū)獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu),并在兩相區(qū)周?chē)纬蓡蜗鄥^(qū)。(2)對(duì)不同相體積分?jǐn)?shù)SMAFR MIL復(fù)合材料的密度和彈性模量進(jìn)行測(cè)量,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)SMAFR MIL復(fù)合材料的密度為3.8~4.1g/cm~3,彈性模量為140~165Gpa。對(duì)SMAFR MIL復(fù)合材料的顯微硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn),垂直于層向的顯微硬度呈周期性規(guī)律分布。(3)通過(guò)對(duì)單向SMAFR MIL復(fù)合材料和正交SMAFR MIL復(fù)合材料進(jìn)行拉伸、壓縮和三點(diǎn)彎曲測(cè)試及斷口形貌分析表明,當(dāng)材料受拉應(yīng)力時(shí),材料中界面對(duì)拉伸性能起到重要的作用,由于正交SMAFR MIL復(fù)合材料中與拉應(yīng)力垂直的界面對(duì)材料的拉伸性能起到弱化的影響,因此正交SMAFR MIL復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度低于單向SMAFR MIL復(fù)合材料。在壓應(yīng)力狀態(tài)下,正交NiTi纖維鋪排方式在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中起到止裂作用,使得正交SMAFR MIL復(fù)合材料的抗壓性能優(yōu)于單向SMAFR MIL復(fù)合材料。通過(guò)斷裂能量計(jì)算,在彎曲應(yīng)力狀態(tài)下NiTi纖維的塑性變形和斷裂對(duì)材料的斷裂韌性起到重要的貢獻(xiàn),而正交NiTi纖維鋪排方式所引起的部分層纖維僅發(fā)生脫粘過(guò)程使正交SMAFR MIL復(fù)合材料的韌性低于單向SMAFR MIL復(fù)合材料。(4)通過(guò)對(duì)單向和正交SMAFR MIL復(fù)合材料的阻尼性能分析發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)熱壓燒結(jié)后,NiTi纖維失去了其某些阻尼特性,但其偽彈性的存在仍然使NiTi纖維表現(xiàn)出良好的阻尼特性,因此SMAFR MIL復(fù)合材料中NiTi纖維的固有阻尼和界面阻尼對(duì)復(fù)合材料的阻尼性能起到主導(dǎo)作用。正交SMAFR MIL復(fù)合材料的界面數(shù)和NiTi纖維的數(shù)量較單向SMAFR MIL復(fù)合材料的多,因而表現(xiàn)出較高的阻尼性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB33
【部分圖文】：

圖 1.1 Ti-Al 二元相圖表 1.1 金屬間化合物基本結(jié)構(gòu)和部分性能間化合物 Ti3Al TiAl Al3報(bào)告符號(hào) D019L10D0/g 4.1~4.7 3.8~4.0 3.4~點(diǎn)/K 1933 1753 16度/HV 260~380 240~260 660~強(qiáng)度/MPa 800~1140 450~700 120~模量/GPa 120~145 160~176 21/燃燒抗力 差 差 良延性/% 2~7 1~4 1~表 1.1 結(jié)果，Ti-Al 系金屬間化合物 Al3Ti 較其他兩種化合物具有較模量明顯優(yōu)于 Ti3Al 和 TiAl 金屬間化合物，具有良好的抗氧化能力，合物被作為一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ母邷亟Y(jié)構(gòu)材料。但由于 Al3Ti 晶素的影響，比如化學(xué)鍵的方向性，有害雜質(zhì)原子的作用都會(huì)大大降低

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文性金屬?gòu)?fù)合以達(dá)到改善 Al3Ti 的室溫塑性，并取得了一定的研究成系金屬間化合物憑借其優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗氧化性、低密度在航空航天材料領(lǐng)域中表現(xiàn)出可觀的發(fā)展前景，成為新一代高溫一，因而被作為高推重比飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和低壓渦輪葉片的首選結(jié)構(gòu)先后在 Ti-Al 系金屬間化合物向先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用方面取用先進(jìn)的工藝方法，研制出發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等零部件。據(jù)分析，未來(lái) 金屬間化合物渦輪葉片的需求量將越來(lái)越大，并將代替目前發(fā)動(dòng)金葉片。NASA 報(bào)告指出，到 2020 年 Ti-Al 系金屬間化合物及其發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用中將占有大約五分之一的份額[18]。因此，對(duì) Ti-復(fù)合材料的研發(fā)在未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域具有著十分重要的生產(chǎn)實(shí)踐意義l 系金屬間化合物

作為一種增強(qiáng)體，在與基體材料復(fù)合時(shí)要求與基體能夠形成一個(gè)良好體的物理和化學(xué)相容性好，載荷承載能力強(qiáng)等。因此選擇一個(gè)合適的的性能、與基體的潤(rùn)濕性、以及復(fù)合材料應(yīng)用情況等多方面綜合考慮維都可以被用來(lái)作為增強(qiáng)體。目前，代表性的纖維增強(qiáng)體有 C 纖維、7, 38]、SiC 纖維[39, 40]及 NiTi 纖維[41]等。這些纖維的加入可以通過(guò)對(duì)基微組織，如晶粒尺寸及材料密度等的改變，來(lái)改善基體材料性能上團(tuán)隊(duì)[37]和 Han[38]等人均制備了 Al2O3纖維增強(qiáng) Ti-Al3Ti 基層狀復(fù)合材料們研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CCFR-MIL 復(fù)合材料在壓縮和拉伸條件下的強(qiáng)度和 Al2O3纖維增強(qiáng) Ti-Al3Ti 基層狀復(fù)合材料。Yu 等人[39]通過(guò)真空熱壓燒維增強(qiáng) Ti-金屬間化合物基層狀復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中由于裂紋路徑明顯增加，同時(shí)裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中出現(xiàn)裂紋鈍化的現(xiàn)象。由此可屬-金屬間化合物層狀復(fù)合材料中具有明顯的增強(qiáng)增韌作用，對(duì)于纖間化合物層狀復(fù)合材料的發(fā)展起到積極的影響。
【參考文獻(xiàn)】

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1 薛陽(yáng);倪頌;宋旼;肖代紅;;燒結(jié)溫度對(duì)Al_3Ni金屬間化合物增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2014年06期

2 蓋鵬濤;吳為;王明濤;;Ti-Al_3Ti層狀復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年13期

3 楊益航;王德志;林高用;柳華炎;周旭紅;;層狀功能材料的研究與發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年17期

4 林均品;張來(lái)啟;宋西平;葉豐;陳國(guó)良;;輕質(zhì)γ-TiAl金屬間化合物的研究進(jìn)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2010年02期

5 何柏林;孫佳;;陶瓷基復(fù)合材料增韌技術(shù)的研究進(jìn)展[J];粉末冶金工業(yè);2009年04期

6 黃玉松;鄭威;辛培訓(xùn);王玲;李寧;汪得功;;貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)仿生復(fù)合材料研究[J];工程塑料應(yīng)用;2008年10期

7 惠林海;耿浩然;王守仁;徐杰;;Al_3Ti金屬間化合物的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程材料;2007年09期

8 張?bào)K華;;錳基合金的反鐵磁轉(zhuǎn)變與fct馬氏體相變內(nèi)耗[J];物理學(xué)進(jìn)展;2006年Z1期

9 易劍,赫曉東,李垚;微疊層材料及其制備工藝研究進(jìn)展[J];宇航材料工藝;2005年05期

10 郝斌;段先進(jìn);崔華;楊濱;張濟(jì)山;;金屬基復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];材料導(dǎo)報(bào);2005年07期

本文編號(hào)：2874033