SiC<sub>f</sub>/TC17复合材料界面热稳定性及元素扩散机理

doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00347

金属学报

2012, Vol. 48

Issue (11): 1306-1314 DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00347

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SiC_f/TC17复合材料界面热稳定性及元素扩散机理

张旭, 王玉敏, 雷家峰, 杨锐

中国科学院金属研究所, 沈阳 110016

THE INTERFACIAL THERMAL STABILITY AND ELEMENT DIFFUSION MECHANISM OF SiC_f/TC17 COMPOSITE

ZHANG Xu, WANG Yumin, LEI Jiafeng, YANG Rui

Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016

引用本文:

张旭王玉敏雷家峰杨锐. SiC_f/TC17复合材料界面热稳定性及元素扩散机理[J]. 金属学报, 2012, 48(11): 1306-1314.
ZHANG Xu WANG Yumin LEI Jiafeng YANG Rui. THE INTERFACIAL THERMAL STABILITY AND ELEMENT DIFFUSION MECHANISM OF SiC_f/TC17 COMPOSITE[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(11): 1306-1314.

全文: PDF(1182 KB)

摘要:

采用磁控溅射先驱丝法并结合真空热压技术制备SiC_f/TC17复合材料, 并在973, 1023, 1073和1123 K进行长时热暴露实验. 结果表明, 在热压和热暴露过程中, 界面附近的元素扩散形式主要为化学反应和浓度梯度导致的界面互扩散, 以及基体相变扩散. 化学反应扩散是C和Ti扩散的主要动力, 也是反应层形成和长大的原因; 原子浓度梯度使Si, Al, Mo, Cr, Zr和Sn在C层/反应层界面进行下坡扩散, 但扩散程度有限; 基体相变扩散使Al向α相偏聚, Mo和Cr向β相偏聚, Sn向Ti₃AlC偏聚, 同时使这些元素的界面互扩散受到抑制. 界面热稳定性研究表明, SiC_f/TC17复合材料的反应层长大激活能为138 kJ/mol, 该材料界面在973 K及以下温度是长时稳定的.

关键词 ：钛基复合材料, SiC纤维, 界面反应, 元素扩散, 相变

Abstract：

SiC_f/TC17 composites were fabricated by a method of precursor wire with magnetron sputtering using a vacuum hot pressing (VHP) process and then exposed in vacuum at 973, 1023, 1073 and 1123 K for different times, respectively. The results show that element diffusions include interdiffusion caused by interfacial reaction and concentration gradient, and phase transformation diffusion in matrix. C and Ti mainly carry on reaction diffusion which is the reason of formation and growing up of reaction layer. Si, Al, Mo, Cr, Zr and Sn carry on downhill diffusion at interface of C-coating layer and reaction layer, but this type of diffusion is not obvious. Phase transformation diffusion in matrix lead to that Al diffuse to α phase, Mo and Cr diffuse to β phase, and Sn diffuse to Ti₃AlC, so the interfacial interdiffusions of these elements is suppressed. The results of the interfacial thermal stability show that the activation energy of reaction lay growing up is 138 kJ/mol, and the interface of SiC_f/TC17 composite is stable for long time while it is used not above 973 K.

Key words： titanium matrix composite SiC fiber interfacial reaction element diffusion phase transformation

收稿日期: 2012-06-11

ZTFLH:

TG146.23

作者简介: 张旭, 男, 1983年生, 博士生

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