SiC纤维增强TiAl基复合材料残余应力的调控

作者：王敏涓; 陈永刚; 高帆; 李虎; 黄旭; 黄浩^*

来源：稀有金属, 2023, 47(06): 787-796.

DOI：10.13373/j.cnki.cjrm.XY22020001

• 连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti复合材料)
• 有限元分析法(FEA)
• 残余应力
• 涂层位置
• 厚度

武器装备的轻量化设计以及更苛刻的高温服役要求，对材料提出了更高的要求。连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能，成为了备受关注的轻质高温结构材料。但受局限于SiCf/TiAl复合材料的工艺特点，在成型过程中不可避免的会引入热残余应力而引起材料内部缺陷，对材料的力学性能带来不利影响。研究表明，SiCf/TiAl基体中具有较高的残余张应力，是SiCf/TiAl复合材料基体缺陷产生的主要原因。当SiC纤维体积分数(Vf)为40.54%时，TiAl基体中最大残余张应力为1083.7 MPa(高于TiAl室温断裂强度)。为了调控SiCf/TiAl复合材料内部残余应力，采用有限元分析法计算了不同位置引入不同厚度的钛合金涂层，获得涂层的位置、厚度以及钛合金种类对SiCf/TiAl复合材料热残余应力的影响，从而获得SiCf/TiAl复合材料的残余应力的优化方案。对于SiC纤维Vf为40.54%的SiCf/TiAl复合材料而言，采用引入5μm(内)/1μm(外)涂层时，相比原始SiCf/TiAl复合材料，TiAl基体中最大残余张应力可降低约10%(低于TiAl室温断裂强度)，从而在一定程度上降低复合材料中基体开裂等缺陷产生的风险。

• 单位
  中国航发北京航空材料研究院