钛合金以及钛基复合材料是什么？一般有什么用？如何东纶科技了解更多信息？

  近年来，伴随着我国航空工业的迅速发展，对于飞行器用结构材料的性能也提出了新的要求，即在具备高强度与低密度的情况下同时实现拥有较长的使用寿命，以实现日趋复杂的服役条件。而钛基复合材料质量轻、比强度高，有着优异的耐腐蚀及耐高温等综合性能，从而取得了较为良好的经济效益。故而在飞行器及航空发动机上都得到了广泛应用。尤其是近年来为了积极响应国家航空强国战略，钛基复合材料及其工程化应用已经成为了当下的一大研究热点。

  本文通过对钛基复合材料进行总体介绍，并以SiC纤维增强Ti基复合材料为例总结钛基复合材料当前在航空领域的应用现状，并从多个角度分析目前所存在的问题，最后对钛基复合材料未来的发展方向做出展望。

  钛基复合材料大致可分为连续纤维增强钛基复合材料（CRTMCs）与非连续增强钛基复合材料（DRTMCs）。其中连续纤维增强钛基复合材料是最早被研究的钛基复合材料，具有比强度高、比刚度高、耐疲劳性能好等优点，对这类材料的多数研究成果均已经达到实际应用阶段。

  而非连续增强钛基复合材料的出现与发展与纤维增强的钛基复合材料的发展受到成本高、加工工艺复杂等因素的限制密不可分[2], 相对而言，非连续增强钛基复合材料性能提升显著、制备工艺简单且具有各向同性，目前也已经成为一大研究热点。

  （1）熔铸法：在熔融状态的海绵钛、纯钛或钛合金中加入反应物原料，如B源或C源粉末，通过反应物与熔融状态下Ti之间的反应原位生成TiB，TiC等增强相。

  （2）粉末冶金法[3]：将基体与增强体原料粉末混合均匀，然后对混合物进行真空除气、冷等静压成型、热压烧结等工序，使得混合物粉末基体中的Ti与增强体原料之间在烧结过程中发生化学反应生成增强体，同时进行致密化压制。

  （3）熔覆法：此方法通常用于制备钛基复合材料涂层，利用瞬时热源将一定厚度的金属材料或复合材料熔化并快速冷却附着在基底材料表面。

  （4）3D打印技术法：3D打印技术是一种新型的以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过高能热源（激光束、电子束、离子束）逐层打印的方式来构造物体的增材制造技术。

  在以上制备方法中，熔铸法简单、经济、灵活，可以实现复合材料的批量生产，具有较大的应用前景，而制备钛基复合材料涂层则通常运用熔覆法，此外，粉末冶金法具有烧结温度低、组织可控、可以实现近净成型等优点，发展前景良好。

  通过加工成形，可以改善材料的性能，使之满足服役要求。如对钛基复合材料进行锻造除了使材料成形外，还具有改变复合材料中基体组织、改变增强体取向及分布的作用。又例如上海交通大学制备了以Ti6Al4V (TC4)为基体的 (TiB+TiC)/TC4复合材料，通过1100℃热挤压获得钛基复合材料棒材，结果表明挤压后的材料在强度和韧性方面均较挤压前有一定程度的提高。

  SiC连续纤维增强钛基复合材料是由连续钨芯(或碳芯)SiC纤维作为增强体,钛合金或TiAl合金作为基体的复合材料，具有高比强度、高比刚度、良好耐高温及抗蠕变、疲劳性能,是一种理想的适用于700~900℃的航空发动机用轻质耐高温结构材料[4]，已经成为新一代高推重比航空发动机研制的关键新型材料，英美等传统航空发动机强国均对此投入了大量研究，并将之成功运用与叶环类与轴类零件，可以达到即减轻整体结构质量，又提升阻燃性能的作用[5]。

  连续SiC纤维作为增强体,其性能和稳定性是影响SiCf/Ti复合材料最终性能的关键因素之一。国际上SiC纤维主要有美国Textron公司的SCS系列和英国DERA公司的Sigma系列,这两家公司分别采用碳芯和钨芯通过直流电阻加热CVD方法制备SiC纤维,抗拉强度大于3600MPa。国内北京航空材料研究院及中科院金属所均制备出抗拉强度大于3800MPa的钨芯SiC纤维,性能稳定[6]。

  在国内，北京航空材料研究院从2000 年开始Si Cf/Ti复合材料的研究，并开展了航空发动机用Si Cf/Ti复合材料典型构件的研制,目前已经制备出了压气机叶环和低压涡轮轴典型模拟件,将行地面考核试验[7]。

  非连续增强的钛基复合材料具有较高的强度、比刚度、蠕变抗力和抗疲劳性能，可以满足高性能航天器的结构要求，从而减少油耗，延长飞行器的飞行时间，具备更好的机动性能[8]。尤其是增强体呈网状结构分布时，复合材料塑形得到进一步改善，其服役温度较传统钛合金可有效提升，因此在航空航天、汽车制造以及工业生产等领域具有广阔的应用前景。

  尤其是自上世纪70年代中期开始，美国的整体高性能涡轮发动机技术及其北约盟国的同类型计划大幅度推动了钛基复合材料的研究进展。到目前为止，非连续增强钛基复合材料已经成功应用于导弹壳体、飞机发动机等领域。比如在2003 年，荷兰 SP 航宇制造了第一架采用钛基复合材料作为起落架的飞机，用钛基复合材料研制的起落架撑杆已经安装到荷兰本国的F16战斗机上[9]。而美国Dynamet公司研发的TiC/Ti6A14V复合材料，已经用在了半球形火箭壳、导弹尾翼和飞机发动机零部件上，同时美国也计划在 F22Z 战机和 F119 发动机上使用 DRTMCs 以减轻飞机质量[10]。

  近年来我国在钛基复合材料领域取得了众多研究进展，突破了一系列技术难点，但就目前而言，仍存在着以下问题：

  （1）加工制造技术难度大：新型钛基复合材料材料的特性不同于普通复合材料,其制造加工技术难度可能比材料技术本身的难度要大得多,如熔炼、锻造、热处理、机械加工和表面处理等。

  （2）质量及可靠性有待提高：一个新材料构件的质量、可靠性及成功应用取决于设计、材料、工艺与使用四者之间的有机配合和相互适应。需加强材料和构件主要性能的波动性、平均性能的代表性和标准性的分析。

  （3）品控仍需加强：钛对表面损伤和缺陷具有较强的敏感性，应严格控制和检测这类材料及制件内部的冶金缺陷及表面完整性,包括表面的粗糙度、波纹度、表面层的微观组织变化、塑性变形、残余应力等。

  （4）与国外先进水平仍存在差距：我国目前在钛基复合材料工程化应用研究、典型零件研制与考核试验等方面与国外尚存在较大差距。而Si Cf/Ti复合材料刚刚进入应用研究阶段,Si Cf/Ti复合材料零件设计与制造经验欠缺。

  (1) 复合材料新理论：针对传统复合材料设计理论仅考虑增强相均匀分布和整体体积分数的局限，引入增强相可控非均匀分布、局部体积分数和连通度的概念，发展能够囊括增强相不同分布状态 (层状、团聚、网状、双连通)的复合材料设计新理论，为金属基复合材料提供新的强韧化途径。

  (2) 结合现有基础，制备高弹、高耐磨、高强韧、耐高温、高强等系列具有不同性能特点的 DRTMCs。其中多级结构与多尺度增强相设计，将是大幅提高其综合性能的关键，然而，如何设计、设计成什么样的多级多尺度结构以及如何实现是实现突破的关键。与其相关的理论计算、数值模拟、高通量制备、强韧化机理、适用于多级多尺度结构的新理论、成形技术与应用将是研究重点。

  (3) 基于增材制造技术、涂层技术与粉末冶金技术，利用网状结构的钉扎作用，针对具有优异综合性能的钛合金基复合材料，采用激光熔覆、原位自生反应等技术在复合材料表面得到厚度可控且具有不同性能特点的复合材料涂层，如热障涂层、高耐磨涂层，以提高其使用寿命。状复杂构件，以满足其工业应用。

  (4) 采用 3D 打印技术，开展 DRTMCs 微小构件、形状复杂构件的制备及后续处理研究，以及增强相空间分布状态调控研究。

  (5) 基于航天航空领域对轻质耐热可加工钛基复合材料的迫切需求，结合已有研究基础，开发500~600 ℃用TC4基复合材料、500~700 ℃用TA15基复合材料、600~800 ℃用Ti60基复合材料；以及高耐磨、高抗氧化等系列复合材料体系，并实现稳定化制备；开发粉末冶金成形一体化与改性技术；攻克复杂形状构件成形与焊接技术，实现网状结构钛基复合材料在关键构件上的应用。结合钛基复合材料性能特点，采用合理的材料连接与塑性加工工艺，制备具有优异性能的 DRTMCs 大尺寸或形状复杂构件，以满足其工业应用。

  （1）针对非连续增强的钛基复合材料，应在现有 TiB、TiC 和石墨烯等增强体的基础上，尝试加入稀土元素，或对材料进行分层和多尺度架构的设计[11]。

  （2）Si C连续纤维增强钛基复合材料 (Si Cf/Ti) 为主要代表的金属基复合材料在航空发动机上的应用潜力已呈现出急速上升的趋势，应积极开展SiCf/Ti复合材料领域开展零件设计-材料研制-应用技术研究三者相结合的系统性研究。

  以SiCf/Ti复合材料等为代表的钛基复合材料，凭借其优于传统结构材料的性能，随着航空工业的发展，已经具备了极大的应用潜力。通过分析服役条件，可以将该材料进行匹配应用，从而提高飞行器的整体性能。

  但一种材料并不可能是完美的，普适的，在未来，除了不断改进材料制造工艺外，还应积极开展对于新型钛基复合材料的研究，并强化成果转化能力，缩小与世界先进水平的差距，从而助力航空强国战略的实施。

  从大学毕业到大概5年前从事过近十年的钛合金爆炸复合的工作， 由于技术是在不断发展的，而且从事的钢基复合材料，所以到知道的东西很片面，不要介意，我把我所了解的东西说出来，仅供参考。

  首先我们来了解一下什么是复合材， 用教科书式的语言解释一下，将两种或两种以上物理和化学性质不同的材料，通过物理或化学方法复合成的一种多相固体材料。把增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”，比如我曾经研究的钛钢复合板等。钛钢复合棒等，

  主要是利用了钛材的耐腐蚀等性、钢材强度高、价格便宜能特性，主要在化工，电厂烟囱等领域。还有一种是钛基的复合材料 ，基体是钛，增强材料可以是高分子材料，也可以是陶瓷，玻璃等等，可以弥补钛合金比强度不高塑性差，不能应用在较高的温度环境下等缺点。

  钛基体复合材料我们也做过，目前主要在做铝基复合材料，主要是因为钛的价格没有优势，铝基复合材料虽在性能上跟钛基体复合材料有一点差异，但是从综合的角度来讲，目前用钛基复合材料的比较少！

  ti的用途很广 ti-mmc前景是航空发动机压气机整体叶环结构bling （blade+ring）还没有实用

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