短碳纖維增強TZM合金基複合材料的製備及性能研究

碳纖維增強複合材料是目前最先進的複合材料之一。它以其輕質高強、耐高溫、力學性能優良等特點廣泛用作結構材料。TZM合金(Titanium-Zirconium-Molybdenum Alloy)是目前廣泛應用的一種高溫合金,該合金具有熔點高,強度大,彈性模量高,膨脹係數小,蒸氣壓低,導電導熱性好,抗蝕性強以及高溫力學性能良好等特點,因而在很多領域得以廣泛應用。採用粉末冶金的方法製備短碳纖維增強TZM合金基複合材料。在製備過程中,研究了不同的燒結氣氛對碳纖維和TZM合金的影響,並對複合材料的組織和力學性能進行了研究。研究主要取得以下成果:
(1)燒結氣氛的不同對碳纖維的影響比較明顯。碳纖維在氫氣氣氛下,熱處理溫度為1000℃時,纖維的表面形貌以及抗拉強度性能變化不大;熱處理溫度為1500℃時,碳纖維表面出現了大量的孔洞和凹坑,品質和抗拉性能明顯下降;熱處理溫度為1800℃時,碳纖維與氫氣反應消失。碳纖維在氬氣氣氛下,熱處理溫度為1800℃時,碳纖維表面有呈細絨毛狀的附著物和小的凹坑,但碳纖維仍保持著良好的抗拉強度。 
(2)在相同的燒結溫度和燒結時間下,在氫氣氣氛下,TZM合金晶粒細小,燒結密度大,抗拉強度和衝擊韌性較好。
(3)添加碳纖維的C/TZM複合材料晶粒細小,隨著碳纖維含量的增加,複合材料的密度降低。碳纖維體積分數為2%時,C/TZM複合材料的布氏硬度、抗拉強度和衝擊韌性的力學性能最優。

TZM合金

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