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声明
论文的主要创新点与贡献
第1章绪论
1.1研究的目的与意义
1.2研究现状
1.2.1扩散方程的推导及扩散系数的计算
1.2.2扩散热力学和动力学研究
1.2.3扩散的微观机理研究
1.2.4连续纤维增强钛基复合材料扩散行为研究
1.3存在的问题
1.4研究的主要内容及研究方法
1.5关键性技术
参考文献
第2章Ti-Si-C三元系中的反应扩散
2.1前言
2.2试验材料与试验设备
2.2.1实验设备
2.2.2实验材料
2.2.3工艺流程
2.2.4扩散偶热处理及分析试样的制备
2.3结果与分析
2.4讨论
2.4.1 SiC/TA1扩散偶界面反应相的形成
2.4.2 SiC/TA1扩散偶界面反应层生长规律
2.5小结
参考文献
第3章SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散产物的形成序列及扩散路径
3.1前言
3.2试验原理与过程
3.3试验结果及分析
3.3.1 SiC/TA1复合材料界面反应
3.3.2 SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应
3.3.3 SCS-6 SiC/Ti-Al金属间化合物基复合材料界面反应
3.4复合材料界面反应产物相的形成及扩散路径
3.4.1不含C涂层SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应相的形成及扩散路径
3.4.2国产SiC(C涂层)纤维增强Ti基复合材料界面反应相的形成及扩散路径
3.4.3 SCS-6 SiC纤维增强Ti基复合材料界面反应相的形成及扩散路径
3.5复合材料界面反应层生长规律
3.6 小结
参考文献
第4章SiC连续纤维增强Ti基复合材料界面反应扩散系数及微观扩散机理
4.1前言
4.2含有C涂层SiC增强Ti基复合材料界面反应扩散系数求法
4.3三元多相界面反应扩散系数的求法
4.3.1三元多相反应扩散模型
4.3.2 SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应扩散系数的求法
4.4反应元素的微观扩散机理
4.4.1界面反应生成物的晶体结构
4.4.2界面反应生成物的生长形貌
4.4.3 C、Si原子在界面反应产物层中的扩散
4.4.4 SiC/Ti6Al4V界面反应扩散的控制步骤
4.5小结
参考文献
第5章基体及合金元素的扩散
5.1前言
5.2由Miedema模型求三元系活度以及活度相互作用系数
5.3三元合金系中的扩散模型的建立
5.4基体与合金元素的微观扩散机理
5.4.1 Ti及Ti-Al金属间化合物的晶体结构
5.4.2 Ti及合金元素的晶格扩散特征
5.4.3合金元素的互扩散
5.5小结
参考文献
第6章Ti基复合材料制备及热处理条件下扩散连接的理论及实验研究
6.1前言
6.2实验原理及实验过程
6.2.1实验原理
6.2.2实验过程
6.3实验结果及理论浓度曲线模拟
6.3.1扩散连接试样的制备及热处理
6.3.2连接过程中的理论扩散动力学研究
6.3.3 TA1/Ti6Al4V扩散偶连接界面合金及基体元素的理论及实测分布
6.4小结
参考文献
第7章Ti基复合材料扩散障碍涂层界面反应扩散机理
7.1前言
7.2试验原理与过程
7.3实验结果分析
7.4讨论
7.4.1 SCS-6 SiC/TiB2/Super a2复合材料界面反应及产物相的形成
7.4.2 TiB2障碍涂层作用机理
7.5 小结
参考文献
第8章结论
攻读博士学位期间所发表的学术论文
致谢
<,Ti6Al4V><,Ti600><,Superα<,2>>。因此SCS-6 SiC/Ti-Al金属间化合物复合材料具有良好的界面稳定性和相容性。计算得出的扩散元素浓度分布图与实测值吻合的较好。由扩散控制的界面反应产物的生长特点是Ti<,3>SiC<,2>具有层状结构,TiC具有等轴状结构。C原子主要通过间隙扩散机制进行扩散,而Si原子主要通过空位机制进行,但是在细小晶粒的Ti<,3>SiC<,2>中,晶界扩散占主导作用。C和Si原子在TiC层中具有最小的扩散系数,复合材料界面反应过程中,反应元素扩散通过TiC层的扩散是一个控制步骤。 根据柯勒(Kolher)对称热力学模型,同时借助于米德玛(Midema)生成热模型,从热力学上推导出三元体系的计算公式,得出 Ti6Al4V、Ti600、Super α<,2>和Ti<,2>AlNb四种基体合金系中各组元的活度系数以及活度相互作用系数,利用扩散系数的热力学因子和组元的示踪扩散系数及自扩散系数,进一步得到基体合金系中相关组元的互扩散系数。Ti元素的活度系数顺序为:γ<,Ti in Ti6 Al4V>>γ<,Ti in Ti600>>γ<,Ti in Super α<,2>>>γ<,Ti in Ti<,2>AlNb>,主要的合金元素A1在四种基体中的互扩散系数的顺序为: D<,Al in Ti600>>D<,Al in Ti6 Al4V>>D<,Al in Superα<,2>>>D<,Al in Ti<,2>AlNb>。 通过TA1/Ti6Al4V扩散偶的制备及热处理试验,探讨复合材料制备过程中的扩散连接问题。根据求得的溶质元素的互扩散系数,通过唯象公式的Matlab偏微分方程组的数值解法,得出扩散元素在连接界面处的理论浓度分布图。实验值与理论模拟结果吻合得很好,因此能够很好的预测扩散连接界面相关扩散元素的浓度分布。 研究了SCS-6 SiC/TiB<,2>/Super α<,2>复合材料的界面反应及产物相的形成,探讨TiB<,2>障碍涂层的作用机理。在TiB<,2>涂层没有被消耗完之前,它阻止了C原子的扩散,但不能阻止Ti及合金元素原子的扩散,当TiB<,2>涂层被消耗完之后,由于生成的TiB对C、Si、Ti及合金元素原子的互扩散没有阻碍作用,界面反应程度显著增强。从SCS-SiC纤维到Super α<,2>基体,其界面反应产物分别为SCS-6SiC|TiC+Ti<,5>Si<,3>|TiC|Ti<,3>Si|TiB|Ti<,3>AlC|Superα<,2>。B原子在TiB<,2>中的扩散垂直于该层的消耗方向,在TiB中的扩散为平行于其生长方向,并且其在TiB中的扩散速率远大于其在TiB<,2>中的扩散速率。