鈦基復(fù)合材料(TMCs)具有高比強(qiáng)度、低密度、高彈性模量等特點(diǎn),將成為超高音速宇航飛行器和下一代先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的候選材料。上世紀(jì)80年代中期,美國航天飛機(jī)和整體性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)以及歐洲、日本同類發(fā)展計(jì)劃的實(shí)施,為TMCs的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇和巨大資金保證,促進(jìn)了TMCs的發(fā)展。TMCs包括連續(xù)(纖維)增強(qiáng)和非連續(xù)(顆粒、短纖維)增強(qiáng)兩種。纖維增強(qiáng)TMCs已經(jīng)獲得了實(shí)際的應(yīng)用,如荷蘭皇家空軍將纖維增強(qiáng)TMCs用在F-16主起落架下部的后撐桿。非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料由于具有各向同性、制備簡單、易加工成型、成本較低等特點(diǎn),受到了人們的關(guān)注。

非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法以增強(qiáng)劑的生成方式分為外加法和原位反應(yīng)法。原位法是指增強(qiáng)體是通過添加元素與基體發(fā)生反應(yīng)生成的,原位法制備的顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料其增強(qiáng)顆粒與基體的相容性好,避免了外加增強(qiáng)顆粒的污染以及顆粒與基體的界面之間的化學(xué)反應(yīng)問題,增強(qiáng)顆粒和基體在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的,因此在高溫工作時(shí)性能不易退化。但原位法也有缺點(diǎn),主要是生成的相比較復(fù)雜、不易控制;而外加法的相結(jié)構(gòu)可以得到較好的控制。

美國Dynamet公司采用粉末冶金技術(shù)(Powdermetal-lurgy,PM)研制出CermeTim-C(TiC)系列復(fù)合材料,制備過程為混粉、冷等靜壓、燒結(jié),隨后進(jìn)行熱等靜壓、鍛造、擠壓等熱加工工序,后續(xù)的加工過程將大幅度增加材料的密度及提高機(jī)械性能。在燒結(jié)過程中,通過固相擴(kuò)散作用,TiC發(fā)生一定降解反應(yīng),與基體呈現(xiàn)冶金結(jié)合狀態(tài)。CermeTi-C-5、CermeTi-C-10分別在高爾夫球桿及冰刀上獲得了應(yīng)用。以Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V--Sn為基的CermeTim-C(TiC)復(fù)合材料已被制成汽車的閥門、連桿等零部件。粉末冶金法還與原位合成法相結(jié)合制備非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料,Dynamet公司通過添加TiB-,B顆粒原位生成TiB增強(qiáng)相,開發(fā)了TiB增強(qiáng)材料。美國Dynamet公司的CermeTim-B(TiB)系列復(fù)合材料在刀具上獲得應(yīng)用。日本Toyota公司利用加入的B粉與Ti粉發(fā)生反應(yīng)生成TiB,開發(fā)TiB/Ti-6Al-4Sn-4Zr-1Nb-1Mo-01-Si復(fù)合材料,在1998年就成功地用于豐田跑車系列的發(fā)動機(jī)閥門。

非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的性能取決于基體的成分及組織形貌、增強(qiáng)體的尺寸及含量、增強(qiáng)體與基體的界面。與基材相比,鈦基復(fù)合材料以拉伸塑性及斷裂韌性的降低為代價(jià),強(qiáng)度及硬度水平大幅度提高,且具有良好的高溫強(qiáng)度、優(yōu)異的蠕變性能及高周疲勞性能。