TiAl/Ti3SiC2复合板协同超塑变形机制及其界面行为研究

作为新型空天结构材料，TiAl/Ti3SiC2复合板综合了轻质金属间化合物和耐磨耐蚀高温陶瓷的优点。但如何提高TiAl基合金与Ti3SiC2陶瓷的界面结合质量以及获取有效的成形加工方法成为亟需解决的瓶颈问题。基于前期预研，本研究提出了利用材料处于超塑性状态的固有优势，通过复合板协同超塑变形时的界面运动来提高金属-陶瓷间的界面结合质量，以实现结构与功能一体化成形的新思路。本项目将在成分设计的基础上制备TiAl/Ti3SiC2复合板，探索材料微观组织结构与协同变形性能及力学行为之间的关联，明确复合板协同超塑变形的内、外部条件；研究复合板中多层次界面结构的形成、运动和演化规律，揭示其在超塑变形中的作用机制、结合原理和控制方法；阐明复合板协同超塑变形的典型特征和物理机制。研究结果不仅为这类高温结构材料的成形加工提供新技术，丰富超塑性"界面工程"理论，也为新型超塑性复合材料的开发提供实验和理论依据。

为满足未来空天飞行器的苛刻使用条件，本项目提出了TiAl/Ti3SiC2金属-陶瓷复合板这种新型的空天结构材料。针对如何提高TiAl/Ti3SiC2复合板的界面结合质量以及获取有效的超塑成形加工技术本项目开展了研究。在成分设计的基础上，采用新型的预铺粉末法制备了TiAl/Ti3SiC2复合板，研究了不同工艺参数下材料的微观组织结构和高温变形行为。基于实验中的唯象数据，获得了材料热变形的本构方程，计算了其变形激活能Q、应变速率敏感指数m、应力指数n等关键特征参数。获得了材料微观组织结构与力学行为、成形性能之间的规律。研究了材料高温变形中的微观组织演变，提出了其超塑性变形的物理机制。从固溶体化学键和晶界形态的角度，提出了超塑性变形促进金属-陶瓷界面结合的新机制。完成了较低温度下大应变量超塑性变形同步扩散连接，提出了晶群滑移和扩散共同作用的连接机制。本项目的研究结果为这种新型空天结构材料的成形加工提供了新方法和理论依据，拓展了超塑性研究的深度和广度。