钛基复合材料的制备技术研究进展

 本文综述了钛基复合材料及其制备技术, 重点介绍了纤维增强钛基复合材料；(FTMCS) 和颗粒增强钦基复合材料(PTMCS) 的制备技术，分析了各种制备技术的优缺点。研究表明: 纤维涂层法具有纤维分布均匀，纤维与界面反应小,复合材料性能优异等优点,是一种很有前景的FTMCS的制备技术。原位合成工艺制备的PTMCS避免了界面反应, 界面清洁、结合强度高, 可以明显提高PTMCS的力学性能。

 国外对钛基复合材料的研究已有近40年的历史, 发展相当迅速, 开发出来的原位合成工艺、纤维涂层等制备技术已经成功用于制备高性能钛基复合材料。国内TMCS研究起步较晚, 虽取得了一定成绩, 但与国外相比还有一定差距。本文旨在对TMCS及几种主要制备技术进行概述，分析各种制备技术的优缺点, 为TMCS的发展提供参考。

      FTMCS的制备过程分为复合和压实2个过程。钛的化学性质活泼, 钛合金在高温下可以和大多数增强纤维发生化学反应,生成有害的界面反应物导致复合材料力学性能下降, 故FTMCS只能用固相法制备。目前FTMCS的制备技术主要有：箔一纤维-箔法( FFF ) , 等离子喷涂法(MCM) 和纤维涂层法(MCF)。常用的固化压实技术有热等静压(HIP) 和真空热压(VHP)两种。

      F F F 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。此法显示出较好界面结合性，该工艺的缺点主要表现在: 钛合金箔材难于加工, 价格昂贵。等离子喷涂法(MCM)该工艺用等离子喷枪把熔融或者接近熔融状态的钛合金以微米级颗粒喷向缠绕有纤维的转轮上, 将冷凝之后形成的单层薄带切割下来, 多层叠放, 然后热压或热等静压制成复合材料。该方法用熔融的钛合金基体固定增强纤维, 克服了FFF 法纤维不易固定的缺点。

      PTMCS主要的制备技术有: 粉末冶金法(P/M )、机械合金化(MA)、熔铸法、自蔓延高温合成工艺(SHS) 和放热扩散法(XD MT )。原位合成工艺可以有效地避免基体和增强颗粒间的界面反应, 制备的复合材料界面结合良好, 是PTMCS制备技术的主要发展方向。

      粉末冶金法是一种较成熟的颗粒增强复合材料的制备方法。先将基体合金粉末与增强体颗粒混合均匀, 然后经过真空除气, 压型, 烧结, 冷、热等静压工序制成部件。把原位合成反应引人P/M 制备出的TiB/Ti 中, 由于没有界面反应, 复合材料界面结合良好, 表现出较好的高温稳定性。机械合金化工艺利用基体合金粉末与颗粒增强体混合物在高能球磨机内经反复变形、破碎、焊合, 原子间相互扩散或进行固态反应而形成合金粉末帅。该方法可以将粒子细化到纳米级尺度, 有效地提高了复合材料的拉伸强度和塑性。

      钛基复合材料在国外已有许多的实际应用，我国钛基复合材料研究起步较晚, 也取得了一些成绩但总体来说,TMCS的研制落后于国外。如何降低材料的制备成本, 提高材料稳定性是材料研制应用过程中必须解决的问题。