Ti_Al_2O_3梯度功能材料抗热震性能评价

第20卷第2期2006年4月

济南大学学报(自然科学版)

JOURNALOFJINANUNIVERSITY(Sci.&Tech1)

Vol.20　No.2

Apr.2006

　　文章编号:1671-3559(2006)02-0095-03

Ti/Al2O3梯度功能材料抗热震性能评价

王　志1,季英瑞2,史国普1

(1.济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022;2.,250014)

摘　要:采用热压烧结(HP)、完整的Ti/Al2O3梯度功能材料,并分别在600:裂纹,没有发生失稳断裂,力缓和性能。

关键词:梯度功能材料;抗热冲击;抗热疲劳中图分类号:TB333

文献标识码:A

2O3梯度功能材料是通过有限元软件模拟

材料热应力计算得出最佳分布指数为P=0.8、共11层、每层厚度为0.5mm的设计方案,每层成分组

成如表1所示。将各层材料经压制成型后依次叠放到石墨模具中,在真空热压炉中以1450℃、25MPa条件下烧结,制备出结构完整的Ti/Al2O3FGM[7]。利用扫描电镜、金相显微镜对FGM的微观组织结构和成分分布进行分析。

表1　Ti/Al2O3梯度功能材料各层成分质量分布

Ti

Ti的

Al2O3

Al2O3的

Nb的

梯度功能材料(functionallygradedmaterials,简称FGM)是由新野正之等人在1987年提出的一种全新的复合材料概念[1],其优点之一是其组成可按需设计,可消除传统陶瓷/金属宏观结合界面,达到热应力缓和的目的[2]。Al2O3陶瓷是一种优良的耐高温材料,具有优异的热力学特性[3],金属Ti质轻、耐腐蚀、耐高温,有着优良的热电传导性且资源丰富[4],Ti及其合金都是航空航天工业中不可缺少的材料,将两者结合起来制备出性能优良的梯度功能材料,一直是航天航空材料学家的梦想。文献[5]、[6]对Ti/Al2O3复合材料的界面反应性能、力学性能、烧结特性等做了研究,但Ti/Al2O3梯度功能材料的研究还甚少,特别是其性能表征尚未见有报道。本文中采用热压烧结工艺制得结构完整的Ti/Al2O3梯度功能材料,并对其抗热震性进行了评价。

层数

含量/%

1009080706050403020100

质量/g

3.18631.43381.27451.11520.95590.79660.63730.47790.31860.15930

含量/%

0102030405060708090100

质量

/g00.14020.28050.42070.5610.70120.84140.98171.12191.26221.4024

质量

/g00.08170.07270.05830.04540.03410.02420.01590.00910.0030

1234567891011

　　将试样切成尺寸为6mm×6mm×6mm的正方体在电炉中加热,保温30min后迅速淬入冷水中,然后再次加热再冷却的循环方式进行热震试验,考察FGM的高温性能,并观察裂纹在不同组分区域的扩

1　实验内容

原料采用Ti粉(纯度>99.6%,平均粒径为

7.76μm)α,-Al2O3粉(纯度为99.8%,平均粒径1.5μm)及少量的Nb粉(纯度为99%,平均粒径5.7μm)。

展情况。

2　结果与分析

2.1　材料微观形貌结构分析

Ti和Al2O3在高温条件下发生剧烈的界面反

应,并生成脆性的Ti3Al相,使得材料内部产生大量

收稿日期:2006-02-21

基金项目:山东省自然科学基金(2002F21);济南市科技明星计

划(50119)

作者简介:王　志(1962-),男,山东青岛人,教授,博士,硕士

生导师。

的气孔,降低材料的致密度,严重影响材料的力学性能和热学性能,Nb的加入有效地控制了两者之间的界面反应,使制备高性能的复合材料成为可能[5]。

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