【摘 要】
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钛(Ti)基复合材料具有耐蚀性和高强度、高比重的特性,在航空航天领域是不可缺少的关键材料。随着现代科技的发展,对新型高性能钛基复合材料的需求较为迫切,碳纳米管增强钛基(CNTs/Ti)复合材料是重要的研究方向之一。本研究采用大塑性变形方法低温制备了CNTs/Ti复合材料,研究结果表明除了CNTs的分散性、结构完整性、其与基体界面结合状况对力学性能有较大的影响,基体的相变行为引起的强化作用也不可忽视
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钛（Ti）基复合材料具有耐蚀性和高强度、高比重的特性,在航空航天领域是不可缺少的关键材料。随着现代科技的发展,对新型高性能钛基复合材料的需求较为迫切,碳纳米管增强钛基（CNTs/Ti）复合材料是重要的研究方向之一。本研究采用大塑性变形方法低温制备了CNTs/Ti复合材料,研究结果表明除了CNTs的分散性、结构完整性、其与基体界面结合状况对力学性能有较大的影响,基体的相变行为引起的强化作用也不可忽视。本研究重点围绕CNTs/Ti复合材料中基体相变行为对复合材料综合力学性能的影响开展:采用球差透射电镜等实验手段和第一性原理计算方法,研究CNTs/Ti复合材料中基体相变行为,探索控制相变行为的方法,对优化材料的显微组织,提升材料的综合力学性能具有重要的意义。高压扭转法制备的CNTs/Ti复合材料的力学性能得到明显提升。基体中发现的fcc-Ti与基体hcp-Ti的晶粒取向为:（?）。这种现象主要是由应力诱导引起的hcp-Ti→fcc-Ti固态相变导致的。采用第一性原理计算方法研究0～15 Gpa压力下hcp-Ti和fcc-Ti结构转变的可能性及工艺条件,计算结果与实验结果较吻合。结果表明fcc-Ti和hcp-Ti结构的形成焓(△HTi),体积模量（B）,剪切模量（G）和杨氏模量（E）随着外部压力的增加而逐渐增加,原子电子轨道之间的杂化变得更复杂。立方fcc-Ti结构的E沿[0 1 0]和（?）方向显示出很强的各向异性,而hcp-Ti结构在（1 0 0）晶面上E显示出明显的各向异性。hcp-Ti和fcc-Ti结构的热力学稳定性在高压下会降低。然而,两种结构的稳定性的降低趋势不同,说明hcp-Ti在高压下有较大的趋势转变成fcc-Ti结构。fcc-Ti/hcp-Ti界面弛豫现象计算结果表明fcc-Ti结构成核需要3个原子层最小稳定厚度。随着外力由0 Gpa增加到15 Gpa,hcp-Ti（0002）/fcc-Ti（?）界面粘合功(Wad)逐渐降低,表面能逐渐增加,fcc-Ti/hcp-Ti界面结合强度降低。hcp-Ti（0002）/fcc-Ti（?）界面稳定性在高压下下降,将会促进fcc-Ti相在界面处的形核和生长。本文所作研究结果有助于更好地理解fcc-Ti相的形核与长大过程,以及fcc-Ti/hcp-Ti界面性质,为改善CNTs/Ti复合材料的力学性能提供理论依据。
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