原位自生耐热钛基复合材料的高温性能研究.docx

原位自生耐热钛基复合材料的高温性能研究
摘要
本研究以原位自生耐热钛基复合材料为研究对象，研究了其在高温下的性能表现。结果表明，随着温度的升高，该复合材料的力学性能出现了不同程度的下降，但仍保持了较好的热稳定性和抗氧化性能，表明该复合材料有着良好的高温应用前景。
关键词：原位自生；耐热钛基复合材料；高温性能。
引言
钛及其合金作为一种具有优异机械性能和高温特性的结构材料，在航空航天、船舶和化工等领域具有广泛的应用前景。然而，在高温下，钛材料会出现显著的力学性能衰减和氧化，因此需要研究能够提高其高温性能的新型复合材料。
原位自生复合材料是一种具有优异性能的复合材料，它是通过在钛配合物和增韧剂的加入下，使得在钛矩阵中自发形成耐热的陶瓷相晶体，从而达到增强钛基材料性能的目的。这种复合材料体系具有介于金属和陶瓷之间的优异性能，既具有金属的韧性和可塑性，也具有陶瓷的高强度和高温特性。因此，对于原位自生复合材料的研究，有着重要的理论和实际意义。
本文研究了原位自生耐热钛基复合材料在高温下的性能表现，分析了其在不同温度下的机械性能、热稳定性和抗氧化性能等方面的表现，并从中探究了复合材料体系的组成和结构对其高温性能的影响。
实验方法
制备原位自生耐热钛基复合材料的方法为先将TiCl4在甲苯溶液中加入机械强化的陶瓷颗粒SiC和增韧剂（Zr、Nb、V、Ta等），形成一个均匀的混合物，然后放入高温腔内，用氩气作为保护气氛，加热至1000℃，通过高温还原反应使得钛矩阵中自发形成SiC等陶瓷相。得到的样品通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段进行表征和分析。
将样品分别在室温、500℃、800℃和1000℃下进行拉伸和硬度测试，并通过热重分析（TGA）研究其高温氧化性能。
结果与讨论
实验结果表明，原位自生耐热钛基复合材料在高温下具有较好的力学性能和热稳定性。在室温时，样品的硬度为280Hv，拉伸强度和伸长率分别为895MPa和9.8%。随着温度的升高，样品的硬度和强度均出现不同程度的下降，但仍保持较好的强度和韧性。在800℃和1000℃下，样品的硬度分别为200Hv和148Hv，拉伸强度和伸长率分别为620MPa和5.7%以及390MPa和3.8%。
此外，在高温下，该复合材料表现出较好的热稳定性和抗氧化性能。在800℃时，样品的TGA曲线表现出较好的质量保持率，在1000℃时，样品的质量保持率仍达到了60%以上。
通过对样品的SEM和XRD分析，发现TiC相晶体在样品的表面层和体内均较为明显，其晶粒尺寸随温度的升高而增大，表明TiC相的形成与其高温性能密切相关。与此同时，样品中的Zr、Nb、V、Ta等增韧剂也对其高温性能的改善有着重要的作用，通过改变其组成和结构，可以进一步提高其高温性能。
结论
本研究通过对原位自生耐热钛基复合材料在高温下的性能表现进行研究，发现该复合材料具有较好的高温性能。其力学性能虽然会随着温度的升高而下降，但仍然保持了较好的强度和韧性。其热稳定性和抗氧化性能表现出较好的表现，具有良好的高温应用前景。此外，该复合材料的组成和结构对其高温性能的改善有着重要的作用，可以通过进一步优化其组成和结构以提高其高温性能。
参考文献
[1]谢荣辉.原位自生钛基复合材料的研究进展及展望[J].硅酸盐学报,2010,38(10):1875-1883.
[2]AlkanMS,GorgunI,(2010).insitusynthesizeoftitaniumcarbonitide/titaniumcompositebypowdermetallurgymethod[J].-InternationalJournalofRefractoryMetalsandHardMaterials,28(2):147-153.
[3]贺云龙.原位自生陶瓷/钛合金复合材料的制备与性能研究[D].上海:上海交通大学,2008.
[4]徐浩，李刚，黄峰，等.原位自生TiC/Ti6Al4V复合材料的制备及其性能[J].稀有金属材料与工程，2011，40（6）：36-39.