tial3ti叠层结构的层间界面扩散反应研究【字数：10069】
摘 要本课题使用Ti箔、Al箔为原材料，通过对真空热压烧结技术制备的Ti-Al3Ti层状复合材料试样进行900℃，1050℃和1200℃的高温热处理，以探究层间界面的反应过程和反应机制。本文中，重点对层间界面附近的Ti层和Al3Ti层进行金相观察，确定其结构特点和反应产物层结构；使用硬度计对这些区域进行了显微硬度测试。结果表明，进行热处理后的材料层间界面处会生成一些新的相，Ti层和Al3Ti层的硬度分别为400多和500多，不同于原始试样中Ti层300多、Al3Ti层600多的情况。说明进过热处理边界处发生了反应生成了新的相。
目录
第一章 绪论 1
1.1 背景及国外研究现状 1
1.2 TiAl金属间化合物 1
1.2.1 Ti3Al金属间化合物 2
1.2.2 TiAl金属间化合物 3
1.2.3 Al3Ti金属间化合物 3
1.3 TiAl3Ti层状复合材料 4
1.3.1 TiAl3Ti层状复合材料的发展 5
1.3.2 TiAl3Ti层状复合材料的制备方法 6
1.3.3 TiAl3Ti层状复合材料的应用和展望 6
1.4 课题来源 7
1.5 本章小结 7
第二章 试验材料和试验方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验方案 8
2.2.1 试验内容 8
2.2.2 试验仪器 9
2.3 对复合材料进行热处理 9
2.4 复合材料的相图观察 10
2.4.1 打磨 10
2.4.2 抛光 10
2.4.3 腐蚀 11
2.4.4 金相显微镜的使用 11
2.5 复合材料的体积分数测试 11
2.6 复合材料的密度测试 12
2.7 复合材料的硬度测试 12
2.8 本章小结 13
第三章 复合材料界面结构表征和力学性能 14
3.1 复合材料的制备 14
3.1.1 低温反应中Al3Ti的形成原理 14
3.1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2 TiAl3Ti复合材料的制备工艺 15
3.1.3 X射线衍射分析 15
3.2 复合材料的热处理 16
3.3 热处理后的复合材料的微观形貌分析 17
3.3.1 900℃热处理后的材料 18
3.3.2 1050℃热处理后的材料 19
3.3.3 1200℃热处理后的材料 19
3.3.4 热处理材料的XRD曲线 20
3.4 TiAl3Ti复合材料硬度测试分析 21
3.4.1 900℃热处理后的材料 22
3.4.2 1050℃热处理后的材料 23
3.4.3 1200℃热处理后的材料 24
3.5 复合材料的密度和体积分数分析 25
3.6 本章小结 25
结论 26
参考文献 27
致谢 29
第一章 绪论
1.1 背景及国外研究现状
随着航空、航天发动机性能的不断提高，对高温结构材料提出了更高的要求，发动机材料向着“更强、更刚、更耐热和更轻”的方向发展，在军事领域，对于装备的灵活性有很高的要求，对装备的材料有着轻质化的要求。所以在不降低材料的性能条件下如何降低材料的质量成了主要研究方向。TiAl3Ti叠层复合材料既Ti的良好韧性又具备Al3Ti高刚度、高强度同时还有低密度的特点，是航空航天领域具有很大潜力的一种材料。
钛－铝系金属间化合物由于具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗氧化性能优异等特点，成为近年来人们研究开发的热点，被认为是一类很有发展前景的航空航天高温结构材料，对于航空航天发动机进一步减重和提高高温服役性能意义重大。钛－铝系金属间化合物主要包括Ti2Al、TiAl和Al3Ti，但是它有室温延展性和高温蠕变能力很差的缺点，被限制了使用。TiAl复合材料弥补了以上缺点，因此有很大的研究价值。
由两种或多种异形、异构、异质的材料复合而成的复合材料是一种高性能的新型材料，九十年代中期美国制造出了低密度、高强度的层状复合材料TiAl3Ti，所采用的方法是采用真空烧结法。21世纪初加州大学研究出无真空烧结制备复合材料，使复合材料成本大幅度降低，具有较高的使用价值。
综上所述本课题研究高温处理下复合材料的扩散反应的热力学和动力学。
1.2 TiAl金属间化合物
金属间化合物是指金属与金属元素或金属与类金属元素在某种条件作用下得到的一种化合物。金属间化合物与普通化合 物不同，其组成可在一定范围内变化，组成元素的化合价很难确定，但具有显著的金属结合键。金属键的原子间结合力较强，结构稳定不容易与外界发生反应；与原金属不同，金属间化合物有不同的晶体结构和原子结构，并且能够形成新的有序超点阵结构，与目前广泛应用的金属和合金不同，有着许多与众不同的性质。通过快速的发展后，金属间化合物在材料学的应用领域在不断的发展。主要分布在高温应用，电磁应用和超导材料等。
尽管如此，在高温下，金属间化合物存在着容易脆性断裂的问题，因此近年来，通过对仿生学设计的研究，软体动物壳是已知的具有高度结构层次并且对自身韧性进行了优化，开发了层状复合材料。
通过TiAl二元相图的展示，我们将TiAl金属间化合物可以分成Ti3Al、TiAl2、TiAl、TiAl3以及Ti2Al5等。其中Ti3Al、TiAl和Al3Ti这三种的应用最为广泛，表1.1展示了它们的结构特点以及力学性能。
目录
第一章 绪论 1
1.1 背景及国外研究现状 1
1.2 TiAl金属间化合物 1
1.2.1 Ti3Al金属间化合物 2
1.2.2 TiAl金属间化合物 3
1.2.3 Al3Ti金属间化合物 3
1.3 TiAl3Ti层状复合材料 4
1.3.1 TiAl3Ti层状复合材料的发展 5
1.3.2 TiAl3Ti层状复合材料的制备方法 6
1.3.3 TiAl3Ti层状复合材料的应用和展望 6
1.4 课题来源 7
1.5 本章小结 7
第二章 试验材料和试验方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验方案 8
2.2.1 试验内容 8
2.2.2 试验仪器 9
2.3 对复合材料进行热处理 9
2.4 复合材料的相图观察 10
2.4.1 打磨 10
2.4.2 抛光 10
2.4.3 腐蚀 11
2.4.4 金相显微镜的使用 11
2.5 复合材料的体积分数测试 11
2.6 复合材料的密度测试 12
2.7 复合材料的硬度测试 12
2.8 本章小结 13
第三章 复合材料界面结构表征和力学性能 14
3.1 复合材料的制备 14
3.1.1 低温反应中Al3Ti的形成原理 14
3.1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2 TiAl3Ti复合材料的制备工艺 15
3.1.3 X射线衍射分析 15
3.2 复合材料的热处理 16
3.3 热处理后的复合材料的微观形貌分析 17
3.3.1 900℃热处理后的材料 18
3.3.2 1050℃热处理后的材料 19
3.3.3 1200℃热处理后的材料 19
3.3.4 热处理材料的XRD曲线 20
3.4 TiAl3Ti复合材料硬度测试分析 21
3.4.1 900℃热处理后的材料 22
3.4.2 1050℃热处理后的材料 23
3.4.3 1200℃热处理后的材料 24
3.5 复合材料的密度和体积分数分析 25
3.6 本章小结 25
结论 26
参考文献 27
致谢 29
第一章 绪论
1.1 背景及国外研究现状
随着航空、航天发动机性能的不断提高，对高温结构材料提出了更高的要求，发动机材料向着“更强、更刚、更耐热和更轻”的方向发展，在军事领域，对于装备的灵活性有很高的要求，对装备的材料有着轻质化的要求。所以在不降低材料的性能条件下如何降低材料的质量成了主要研究方向。TiAl3Ti叠层复合材料既Ti的良好韧性又具备Al3Ti高刚度、高强度同时还有低密度的特点，是航空航天领域具有很大潜力的一种材料。
钛－铝系金属间化合物由于具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗氧化性能优异等特点，成为近年来人们研究开发的热点，被认为是一类很有发展前景的航空航天高温结构材料，对于航空航天发动机进一步减重和提高高温服役性能意义重大。钛－铝系金属间化合物主要包括Ti2Al、TiAl和Al3Ti，但是它有室温延展性和高温蠕变能力很差的缺点，被限制了使用。TiAl复合材料弥补了以上缺点，因此有很大的研究价值。
由两种或多种异形、异构、异质的材料复合而成的复合材料是一种高性能的新型材料，九十年代中期美国制造出了低密度、高强度的层状复合材料TiAl3Ti，所采用的方法是采用真空烧结法。21世纪初加州大学研究出无真空烧结制备复合材料，使复合材料成本大幅度降低，具有较高的使用价值。
综上所述本课题研究高温处理下复合材料的扩散反应的热力学和动力学。
1.2 TiAl金属间化合物
金属间化合物是指金属与金属元素或金属与类金属元素在某种条件作用下得到的一种化合物。金属间化合物与普通化合 物不同，其组成可在一定范围内变化，组成元素的化合价很难确定，但具有显著的金属结合键。金属键的原子间结合力较强，结构稳定不容易与外界发生反应；与原金属不同，金属间化合物有不同的晶体结构和原子结构，并且能够形成新的有序超点阵结构，与目前广泛应用的金属和合金不同，有着许多与众不同的性质。通过快速的发展后，金属间化合物在材料学的应用领域在不断的发展。主要分布在高温应用，电磁应用和超导材料等。
尽管如此，在高温下，金属间化合物存在着容易脆性断裂的问题，因此近年来，通过对仿生学设计的研究，软体动物壳是已知的具有高度结构层次并且对自身韧性进行了优化，开发了层状复合材料。
通过TiAl二元相图的展示，我们将TiAl金属间化合物可以分成Ti3Al、TiAl2、TiAl、TiAl3以及Ti2Al5等。其中Ti3Al、TiAl和Al3Ti这三种的应用最为广泛，表1.1展示了它们的结构特点以及力学性能。
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