sic纤维增强钛基复合材料 -by博业体育

 si cf/ti 复合材料是以连续 si c 纤维为增强体，以钛合金或钛铝金属间化合物为基体的一种具有优良综合性能的结构复合材料。si cf/ti 复合材料具有许多优良的力学性能和物理性能，比强度、比刚度、疲劳性能均优于钛合金，与基体材料相比较，可以提高使用温度将近 200℃，在提升结构性能的同时，大大降低了结构重量。    

　用于制造 si cf/ti 复合材料的原材料包括：钛合金或钛铝金属间化合物基体和纤维增强体。常用的钛合金和钛铝金属间化合物基体主要有 5种：α 钛合金、α β 钛合金、亚稳 β 钛合金、稳定 β 钛合金和钛铝金属间化合物。si c 纤维增强钛铝金属间化合物具有良好的高温机械性能和物理性能，特别是 scs-6/ti2al nb 复合材料，它的使用温度可达到 760℃，并具有高温高强度，蠕变和断裂阻力大的特点，它的界面反应也比 scs-6/ti3al 显著减小。si c 纤维是目前最适合于用作 si cf/ti 复合材料增强体的材料，开发高性能的 si c 纤维是制备高性能复

合材料的前提，最常用的 si c 纤维有 2 类：一类是直径为 33μm 碳芯的纤维，牌号为 scs-0、scs-6、scs-ultra、scs-9，由美国 special material 公司提供，其中 scs-ultra的强度最高达到了 6200mpa ；另一类是直径为 13μm钨芯的纤维，牌号为 sigma1140 和 sigma1240，由英国isics 公司提供。一般碳芯 si c 纤维的热稳定性优于钨芯 si c 纤维。    

　　高昂的制造成本一直是限制 si cf/ti 复合材料实用的一个瓶颈，因此，开发低成本、高性能的制备方法是

si cf/ti 能否得到应用的技术关键。主要有箔 - 纤维 -箔法、粉末布法、钛丝 / 纤维法、物理气相沉积法和等离

子喷涂法这 5 种常用的制备方法，这 5 种方法各有其特点，其中箔 - 纤维 - 箔方法（foil-fiber-foil，简称

fff 法）和物理气相沉积（physical vapor deposition，简称 pvd 法）是目前最常用的 2 类方法。fff 法是将纤维布和钛合金基体箔材叠层后进行热等静压或热压复合，可以制造大尺寸零件，利用基体材料的超塑特性，

与超塑成形 / 扩散连接（spf/db）工艺相结合可以制造复杂形状的空心结构件。为了解决 fff 法中纤维不均

匀的问题，merrick 等采用照相平板印刷和光刻技术在箔材上刻槽的方法取得了较好的效果；pvd 法可以

制备各种形状的零件，纤维均匀性好，对基体的原材料要求低，材料性能高，最高可达 2300mpa，但是存在制

造成本高、需要专用的 pvd 沉积设备、生产效率较低等不足，限制了它的批量生产，可以用来制造发动机中关

键的转子零件。pvd 法主要包括磁控溅射物理气相沉积法（ms-pvd）和电子束物理气相沉积法（eb-pvd）。

ms-pvd 法的沉积效率较低，制备的复合材料性能最高，靶材和沉积基体的成分基本相同。ms-pvd 法按照

其磁控溅射靶材的形状区分，又可以分为平面靶和空心阴极靶两种，德国和中国的研究者均是采用平面靶，而

美国空军研究室开发了空心阴极溅射靶。eb-pvd的沉积效率较高，可以达到 ms-pvd 的几十倍，但是存在靶材与沉积基体成分有差别的问题，尤其是高合金元素的基体材料的差别更明显，为了消除这种差别还需要采取一些特殊的技术；等离子喷涂法是把粉末加热到等离子区后喷射到纤维表面形成预制单片，再把预制单片进行热压或热等静压复合，这种方法具有成本低、效率高的优点，但是也存在等离子喷涂对纤维造成损伤以及纤维均匀性不好等不足，这种方法适合于制备 si cf/ti al 复合材料。粉末布法与箔 - 纤维 - 箔法的不同在于基体材料的选用，它的基体材料是将粉末用临时粘结剂混合后摊成粉末布来代替箔材，降低了制造成本，但是也存在和 fff 法相同的不足。钛丝 / 纤维法是将钛合金丝与纤维交错排列后进行热压或热等静压的成形方法，这种方法的纤维均匀性较好，但是钛丝材比较难加工，成本较高。