碳纤维增强TiC复合材料的抗热震性能

　　宋桂明武英2（1哈尔滨工业大学材料学院，哈尔滨150001；热震性能。结果表明：碳纤维加入到TiC基体中，提高了复合材料的抗弯强度和断裂韧性，降低了复合材料的弹性模量和热膨胀系数，进而使得复合材料的抗热震断裂参数R，抗热震损伤参数RTV和裂纹稳定性参数Rst都得以提高。

　　复合材料热震残留强度在热震温差超过900°C后迅速下降。复合材料热扩散率的提高有利于抗热震性能的提高。复合材料增强机理是纤维承载，韧化机理是纤维桥联和纤维拔出。

　　在陶瓷中加入增强颗粒在提高螋韧性的p往shi性提高1般难以在以倍以上，已广泛用作硬质合金材料但其低的抗热震性能却限制了它的高温应甩根据抗热震性能三个主要评价参数：抗热震断裂参数R抗热震损伤参数RTV和裂纹稳定性参数Rst，其中R= V/Te，因此影响材料抗热震性能的因素有强度e弹性模量e，断裂韧性KIC，热膨胀系数T断裂能胃从上述三个参数表达式来看，提高材料的强度、断裂韧性、断裂能降低弹性模量降低热膨胀系数，而且断裂韧性提高的幅度要大于强度提高的幅度，材料的抗热震性能就能有明显的提高。另外材料本身的热导率越大，在材料内部的温度越易趋于均匀，热应力也就越小，因而也可以改善抗热震性能但是一些因素相互制约，比如往也提高了强度；强度提高时，弹性模量往往也提高因此在改善TiC抗热震性能时，需要综合考虑这些因素目前用金属Ni，Mo对TiC进行强韧化已有不少研究，在TiC中添加陶瓷增强体如SiC颗粒或SiC晶须进行增强和增韧也有所报道。但就如何提高TiC的抗热震性能则很少有报道复合材料的性能可以通过改变组元和含量进行设计，因此可以选择合适的组元加入到TiC中，通过提高TiC的强度、韧性、热导率，降低弹性模量和热膨胀系数等来改善其抗热震性能在TiC中加入金属Ni等，可以同时提高强度和断裂韧性2~3倍，并提高了热导率，但由于金属熔点较低和高温软化，限制了这类TiC材料的高温应甩而在TiC中加入陶瓷相如SiC TiB等颗粒或SiC晶须，虽然强度和断裂韧碳纤维增强TiC复合材料的抗热震性能应甩相比TiC而言，碳纤维拥有十分优异的高温强度、低的轴向热膨胀系数、良好的热导率碳纤维在增强和增韧陶瓷方面也得到广泛研究和应用。本工作尝试在TiC中加入碳纤维，形成G/TiC复合材料，研究了碳纤维对其抗热震性能的影响。

　　1的抗热震性能参数可见，复合材料的抗热震断裂参数R，抗热震损伤参数RTV和裂纹稳定性参数Rst较纯TiC材料的有明显提高，分别提高76%，81%和138% 2.3热震残留强度和残留强度率随热震温差的变化示出了材料断裂强度e与热震温差at的关ATC以前，e基本保持不变；当热震温差超过ATC后，e迅速下降。从本测试结果来看，纯TiC材料在AT> 600°C后，e下降明显，而G/TiC复合材料在900°C后，e下降明显这基本上与抗热震断裂参数r计算结果所反映的规律相一致给出了残留强度率（热震后的强度与热震前的强度值比）与热震温差At的关系。可以看出，纯TiC材料在AT>600C后，残留强度率下降的幅度大，而G/TiC材料在AT>900°C后，虽然残留强度率下降明显，但下降的趋势较表2 TiC材料与Cf/TiC复合材料的抗热震参数抗热震断裂参数抗热震损伤参数裂纹稳定性参数注：断裂能V= 3讨论4%，轴向热膨胀系数T为（-1.-Q5）xm6K-1，径向T为（7~12）XK-.在G/TiC复合材料中，当受到外加拉应力作用时，假设复合材料发生应变X.由可知，由于弹性模量Ef