1、Ti-Al系金屬間化合物，具有密度小、熔點高、強度大、耐腐蝕和抗氧化能力強等性能，被認為是一種極具應用潛力的新型航空航天結(jié)構(gòu)材料。但此類金屬間化合物室溫脆性、韌性、高溫強度較差，阻礙了其實際應用。為此，自80年代起人們開始了Ti-Al基復合材料的研究。在眾多的增強物中，Al<,2>O<,3>憑借其高強度、低密度的性質(zhì)，以及與鈦鋁金屬間化合物具有良好的物理、化學相容性而倍受青睞。傳統(tǒng)的真空熔煉工藝，需要達到液相溫度以上，形成的鑄錠晶粒較粗

2、大，易于產(chǎn)生裂紋，成分偏析也比較嚴重。為了在低溫下制取Ti-Al基復合材料，粉末冶金是一種較為合理的方法。 實驗以Ti、Al粉末分別加入一種或兩種組分的TiO<,2>、Nb<,2>O<,5>、La<,2>O<,3>、高嶺土、Al<,2>O<,3>等添加劑的混合料為起始反應物，混合粉經(jīng)干磨均勻，分別以熱壓燒結(jié)、真空燒結(jié)和覆埋法燒結(jié)3種不同的工藝進行了燒結(jié)實驗。利用X射線衍射儀(XRD)、電子掃描顯微鏡(SEM)等分析了產(chǎn)物的物相組

3、成、顯微結(jié)構(gòu)，并結(jié)合差熱掃描量熱儀(DTA)對反應過程進行分析。系統(tǒng)討論了添加劑對Ti-Al金屬間化合物內(nèi)原位自成Al<,2>O<,3>纖維的影響及Al<,2>O<,3>纖維的形成機理。 實驗結(jié)果表明：當Al：Ti>3：1(摩爾比)時，采用覆埋法在TiAl<,3>基體內(nèi)原位生成了Al<,2>O<,3>纖維。分析認為Al<,2>O<,3>纖維為Ti-Al-M<,x>O<,y>(M-金屬元素)體系在加熱過程中發(fā)生氧化還原反應，并按V

4、LS機制原位生成的。當加入La<,2>O<,3>或高嶺土后Al<,2>O<,3>纖維的分布均勻性提高，但纖維形貌更為復雜：纖維表面不光滑，分支現(xiàn)象較嚴重，甚至形成枝狀形貌。因為La<,2>O<,3>、高嶺土會引入雜質(zhì)，造成催化劑液滴的成分偏離，使母體纖維在成分偏離點出現(xiàn)纖維的二次生長。加入TiO<,2>或Nb<,2>O<,5>后，在晶界處生成的纖維較短，小部分出現(xiàn)分支現(xiàn)象；氣孔周圍的纖維表面光滑，細長而直。Al與TiO<,2>、Nb<,

5、2>O<,5>發(fā)生鋁熱反應，反應迅速且釋放大量熱，造成在局部范圍內(nèi)含Al氣體的過飽和度太高，導致鋁熱反應產(chǎn)物Al<,2>O<,3>主要以顆粒形式存在而非纖維狀。在反應過程中氣相組分的沉積速率不同導致催化劑液滴中的成分變化，使部分晶須呈現(xiàn)分支等現(xiàn)象。在Ti-Al-TiO<,2>、Ti-Al-Nb<,2>O<,5>基礎上加入Al<,2>O<,3>粉末降低了生成纖維所需氣氛的過飽和度及反應放熱量，促使Al<,2>O<,3>纖維在一個較穩(wěn)定的系

6、統(tǒng)中均勻生長，提高了纖維分布的均勻性；隨著Al<,2>O<,3>粉末的增加，纖維質(zhì)量明顯提高：纖維表面更光滑，長徑比更大。由于覆埋法合成的產(chǎn)物氣孔率大、致密度低，因此將覆埋燒結(jié)的試樣進行熱壓處理，以提高其致密度：致密度隨著溫度的升高而增大。在各組實驗中，30Ti-70Al-10TiO<,2>、30Ti-70Al-10Nb<,2>O<,5>兩種配方覆埋燒結(jié)成的試樣中的纖維質(zhì)量最好，且TiO<,2>、Nb<,2>O<,5>不會引入雜質(zhì)相，還