Ti-Al系金屬間化合物基疊層結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)與組織性能特征

孫彥波， 馬鳳梅， 肖文龍， 馬朝利

(北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 空天先進(jìn)材料與服役教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100191)

高溫結(jié)構(gòu)合金的研究和發(fā)展與航空航天工業(yè)需要密不可分，新一代的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)要求其材料具有更輕、更硬、更高強(qiáng)度、更耐高溫等性能［1，2］。Ti-Al 系金屬間化合物由于具有熔點(diǎn)高、比強(qiáng)度高、高溫蠕變性能好及抗高溫腐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為最具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一［3～7］。但是，這類金屬間化合物的本征脆性導(dǎo)致其在室溫下的斷裂韌度很差，應(yīng)用受到限制［8～10］。為解決這一問題，通過微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來在保證材料的強(qiáng)度性能的同時(shí)改善其韌性已成為其研究重點(diǎn)之一［9，11，12］。近年來，人們從自然界中貝殼的特殊結(jié)構(gòu)，即具有高強(qiáng)度和韌性的脆性層和有機(jī)質(zhì)交互重疊的構(gòu)成，得到啟發(fā)設(shè)計(jì)出“疊層復(fù)合材料”［12～15］，并已將該類結(jié)構(gòu)材料成功應(yīng)用在航空航天的一些結(jié)構(gòu)件上，如機(jī)翼下壁板、貨艙門以及飛機(jī)蒙皮等［11，16，17］。這種仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建立在能量耗散機(jī)制基礎(chǔ)上的，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理是盡量減小材料的原始裂紋缺陷對(duì)力學(xué)性能的影響，使材料對(duì)缺陷不敏感［18，19］。仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不像其他強(qiáng)韌化方法那樣以犧牲部分強(qiáng)度來換取較高韌性，而是使材料的強(qiáng)度和韌性同時(shí)得到提高。

基于此原理，對(duì)金屬間化合物進(jìn)行韌化的探索性研究中，發(fā)現(xiàn)微疊層結(jié)構(gòu)的金屬間化合物顯示出較好的韌性等優(yōu)點(diǎn)，而引起研究者的重視［14，20～22］。研……