Ti-Ti-Al微層板的設(shè)計與EB-PVD工藝制備研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TB132.3 國際圖書分類號：620.172 工學(xué)博士學(xué)位論文 Ti/Ti-Al微層板的設(shè)計與 微層板的設(shè)計與EB-PVD 工藝制備研究 工藝制備研究 博 士 研 究 生： 馬李 導(dǎo) 師： 赫曉東教授 申 請 學(xué) 位： 工學(xué)博士 學(xué) 科 、 專 業(yè)： 材料學(xué) 所 在 單 位： 復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所 答 辯 日 期： 2008 年 6 月 授予學(xué)位單位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘要 摘要 - I - 摘要 摘要 金屬熱防護系

2、統(tǒng)(TPS)是可重復(fù)使用運載器(RLV)的關(guān)鍵技術(shù)之一；由于直接與外部的環(huán)境接觸，金屬TPS面板材料的研究成為重中之重。按照能夠替代Ni基高溫合金薄板的輕量化選材要求，本文采用了電子束物理氣相沉積（EB-PVD）技術(shù)成功地制備了0.1~0.3mm厚、尺寸為直徑為1000mm的圓形Ti/Ti-Al微疊層薄板。文中不僅對EB-PVD的工藝特點進行了考察，同時還借助一些現(xiàn)代分析測試手段研究了微疊層材料的組織結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性能，為材料安全、可靠

3、地使用提供了理論依據(jù)。研究內(nèi)容主要包括：Ti/Ti-Al微疊層薄板材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計、微疊層薄板的殘余應(yīng)力分析、工藝參數(shù)對材料蒸發(fā)和沉積過程的影響、制備工藝方法、微疊層材料組織結(jié)構(gòu)特點及物相組成、微觀組織在高溫下的演變及層狀結(jié)構(gòu)的退化、宏觀力學(xué)性能及其變形特征、應(yīng)力對材料高溫蠕變性能的影響。 利用三點彎曲模擬試驗考察了微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對材料斷裂性能的影響。結(jié)果表明，隨著材料層數(shù)或?qū)雍癖鹊脑黾?，材料的斷裂功隨之增加，但增加的趨勢逐漸減

4、小，當(dāng)二者超過一定數(shù)值時，斷裂功不再發(fā)生明顯變化。 利用材料力學(xué)相關(guān)理論和有限元方法考察了材料在成型過程中形成的殘余應(yīng)力。結(jié)果表明，微層板的殘余應(yīng)力是位置的函數(shù)，在疊層板中心處的軸向殘余應(yīng)力值最大，在邊緣處的值最小；Ti層所受的都是殘余壓應(yīng)力，TiAl層受到的是殘余拉應(yīng)力；隨著層厚比或?qū)訑?shù)的增加，Ti所受的殘余壓應(yīng)力逐漸增大，TiAl層所受的殘余拉應(yīng)力逐漸減小，且變化趨勢越來越小。利用X射線衍射法測量了微層板最外兩層的殘余應(yīng)力隨距離基板

5、中心的變化，結(jié)果表明其變化趨勢與理論預(yù)測結(jié)果相一致。 討論了工藝參數(shù)對制備Ti/Ti-Al微疊層材料工藝過程的影響及可行性。根據(jù)靶基距與碰撞幾率的函數(shù)關(guān)系，并綜合考慮工藝要求與靶材利用率，將最終靶基距值為310mm；推導(dǎo)了沉積材料中Ti和Al元素的含量的計算公式；試驗表明在熔池中加入鈮片后，材料蒸發(fā)達到穩(wěn)態(tài)的時間明顯縮短，達到穩(wěn)態(tài)后的成分與靶材成分更為接近；對沉積過程中Al的再蒸發(fā)量和沉積量的比值進行了計算，結(jié)果表明可以忽略Al的二次蒸