钛基复合材料(TMCs)是指在钛或钛合金基体中植入刚硬陶瓷增强体的一种复合材料。它把钛的延展性、韧性与陶瓷的高强度、高模量结合起来,从而获得了更高的剪切强度和压缩强度以及更好的高温力学性能。
TMCs极具吸引力的物理性能和力学性能,诸如高模量、高强度、抗氧化,已经许多研究和实践所证明。钛基复合材料主要分为两大类:连续纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料。早期研究的主要领域是以碳化硅纤维增强的钛基复合材料,可显著提高基体合金的机械性能,但纤维增强钛基复合材料受到以下几个因素的制约:价格昂贵、加工工艺复杂、各向异性、界面反应等。因此,非连续增强钛基复合材料是目前的重要研究方向。此外,陶瓷增强相可显著提高基体合金的耐磨性,结合钛合金耐腐蚀的优点,可满足航空航天和军工领域对材料耐磨、耐蚀的要求。
非连续增强钛基复合材料按增强体生成方式可分为外加法和原位合成工艺方法。传统的外加法制备技术中,陶瓷增强相以颗粒、粉末的状态加入基体钛中,也就是说,传统的合成技术中增强相是预先准备好的,先于复合材料的制备合成。因此传统的合成技术中增强相的尺度被最初的粉末粒度所限制,一般是微米级甚至毫米级。此外,传统外加法的合成技术还需要解决增强体浸润、制备过程中增强相与基体的界面反应以及昂贵的成本等问题。
为了解决传统外加法造成的一系列问题,人们开发了原位合成技术来制备非连续增强钛基复合材料,增强体通过原料中的元素相互发生化学反应而生成。原位合成工艺方法制得的复合材料中增强颗粒与基体的相容性好,避免了外加增强颗粒的污染问题以及增强颗粒与基体的界面之间的化学反应问题,增强体和基体界面结合良好,而且增强颗粒和基体在热力学上稳定。这些特性对提高钛基复合材料的使用温度具有极为重要的意义,可以说原位合成钛基复合材料的是目前复合材料领域一个重要的研究方向。
