SiC纤维增强Ni合金基复合材料界面稳定性的研究

SiC fiber reinforced Ni-based alloy composite materials for advanced aircraft engines can significantly reduce the weight of structural components, increase the thrust-weight ratio. The project aimed at the application of aero-engine material used at the temperature between 800℃-900℃, coated C/Al2O3 composite diffusion barrier coatings in the surface of the SiC fibers, adopted Ni-Cr-Al alloy as matrix materials, prepared SiC fiber-reinforced Ni-based alloy composite materials. The stability of the composite materials interface in as-prepared and service temperature state respectively , will be studied and evaluated. The diffusion and reaction behavior of Ni , Al and Cr as well as other alloy elements in the interface, the interface micro-structure , as well as the residual stress generated at the interface,will also be studied.Study the effect of above factors on the mechanical properties of composite materials.Provide useful data for evaluation and further improvement of the composite diffusion barrier layer, and optimize the interface design, conducive to the application of SiC Fiber reinforced Ni alloy matrix composites.

SiC纤维增强Ni基合金复合材料用于航空发动机可显著地减轻结构部件重量，提高推重比。本项目以下一代高推重比航空发动机在800℃-900℃间使用的材料为应用目标，在SiC纤维表面涂覆C/Al2O3复合扩散阻挡涂层，以Ni-Cr-Al合金为基体材料，制备SiC纤维增强Ni基合金复合材料。研究和评价复合材料在制备态和使用温度下的界面持久稳定性，研究Ni及Al、Cr等合金元素在界面的反应和扩散行为，界面微区组织结构变化以及在界面处产生的残余应力变化规律，以及以上因素对复合材料力学性能的影响，为评价和进一步改进复合扩散阻挡层、探索建立合理的界面模式、更好地优化界面设计提供理论和实验依据，为SiC纤维增强Ni合金基复合材料的研制和应用奠定基础。

SiC纤维增强Ni合金基复合材料用于高推重比航空发动机在800℃- 900℃间使用的材料，可减轻结构部件重量，提高推重比，显著提高发动机效率。.本项目设计了SiC纤维(Al + Al2O3 ) 复合材料界面扩散阻挡层，研究了复合材料制备工艺参数以及合金成分对复合材料制备的影响，研究了Ni、Al、Cr、C等元素在界面的扩散行为和规律，界面微区组织结构变化规律。采用激光Raman光谱法研究了复合材料界面扩散阻挡层处在制备和热处理前后残余应力的变化。.研究结果表明，复合材料热压温度是复合材料界面结合的控制因素，当热压温度提高至1000℃、 (Al+ Al2O3)涂层厚度增加至~2μm时，获得了界面结合良好的复合材料样品，同时(Al+ Al2O3)涂层保持完好，有效阻挡了SiC纤维和Ni合金涂层间元素扩散。 .在SiCf/Ni-Cr-Al复合材料先驱丝表面增加高温合金Ni-Cr-P焊料，显著降低了复合材料的制备温度。在890℃× 50 MPa ×1h工艺参数下进行真空热压，得到的界面结合良好的复合材料。.复合材料在850℃真空热处理的界面反应扩散路径为：SiC/Ni-硅化物+Al-碳化物/（Al+ Al2O3）涂层/Cr-碳化物+Al-碳化物/Ni20Cr5Al基体。（Al+ Al2O3）扩散阻挡层有效的阻挡了界面处元素的互扩散，抑制了SiC纤维和Ni20Cr5Al基体间的不良界面反应。.采用激光Raman光谱法研究了复合材料界面C/ (Al+ Al2O3)扩散阻挡层处在制备和热处理前后残余应力的变化。C/ (Al+ Al2O3)扩散阻挡层阻挡了界面处元素的互扩散，抑制了SiC纤维和Ni合金基体间的不良界面反应，降低了界面处的残余应力，有利于复合材料界面物理相容性的改善。