鈦基復(fù)合材料(TMCs)是指在鈦或鈦合金基體中植入剛硬陶瓷增強(qiáng)體的一種復(fù)合材料。它把鈦的延展性、韌性與陶瓷的高強(qiáng)度、高模量結(jié)合起來,從而獲得了更高的剪切強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度以及更好的高溫力學(xué)性能。

TMCs極具吸引力的物理性能和力學(xué)性能,諸如高模量、高強(qiáng)度、抗氧化,已經(jīng)許多研究和實(shí)踐所證明。鈦基復(fù)合材料主要分為兩大類:連續(xù)纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。早期研究的主要領(lǐng)域是以碳化硅纖維增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料,可顯著提高基體合金的機(jī)械性能,但纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料受到以下幾個(gè)因素的制約:價(jià)格昂貴、加工工藝復(fù)雜、各向異性、界面反應(yīng)等。因此,非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料是目前的重要研究方向。此外,陶瓷增強(qiáng)相可顯著提高基體合金的耐磨性,結(jié)合鈦合金耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn),可滿足航空航天和軍工領(lǐng)域?qū)Σ牧夏湍?、耐蝕的要求。

非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料按增強(qiáng)體生成方式可分為外加法和原位合成工藝方法。傳統(tǒng)的外加法制備技術(shù)中,陶瓷增強(qiáng)相以顆粒、粉末的狀態(tài)加入基體鈦中,也就是說,傳統(tǒng)的合成技術(shù)中增強(qiáng)相是預(yù)先準(zhǔn)備好的,先于復(fù)合材料的制備合成。因此傳統(tǒng)的合成技術(shù)中增強(qiáng)相的尺度被最初的粉末粒度所限制,一般是微米級(jí)甚至毫米級(jí)。此外,傳統(tǒng)外加法的合成技術(shù)還需要解決增強(qiáng)體浸潤、制備過程中增強(qiáng)相與基體的界面反應(yīng)以及昂貴的成本等問題。

為了解決傳統(tǒng)外加法造成的一系列問題,人們開發(fā)了原位合成技術(shù)來制備非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料,增強(qiáng)體通過原料中的元素相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成。原位合成工藝方法制得的復(fù)合材料中增強(qiáng)顆粒與基體的相容性好,避免了外加增強(qiáng)顆粒的污染問題以及增強(qiáng)顆粒與基體的界面之間的化學(xué)反應(yīng)問題,增強(qiáng)體和基體界面結(jié)合良好,而且增強(qiáng)顆粒和基體在熱力學(xué)上穩(wěn)定。這些特性對(duì)提高鈦基復(fù)合材料的使用溫度具有極為重要的意義,可以說原位合成鈦基復(fù)合材料的是目前復(fù)合材料領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。