摘要
摘要
TiAlC兼具陶瓷的高模量、高硬度和金属的高损伤容限，可通过基面滑移、
32
弯曲、扭折等方式变形。作为Al基复合材料的增强体，有望在提高强度的同时，
使材料保持可观的塑韧性。然而，TiAlC/Al是不稳定体系，容易反应产生大量
32
脆性相。另外，TiAlC的变形和断裂具有强烈的取向敏感性，较弱的基面结合力
32
易导致特定取向下的基面解理断裂。因此，如何调控TiAlC/Al的界面反应以及
32
TiAlC颗粒的取向，成为了影响TiAlC/Al复合材料性能的关键。为解决上述问
3232
题，本文以20vol.%的TiAlC颗粒增强纯Al复合材料为研究对象，通过制备工
32
艺优化，调控了复合材料的显微组织。借助热压缩模拟，确定了复合材料的最佳
热加工工艺区间。利用热挤压改善了基体组织和TiAlC颗粒的取向。最后分析
32
了复合材料在不同取向的力学行为和高塑性机制，阐明了不同取向TiAlC颗粒
32
的协调变形和断裂行为。
利用放电等离子烧结使Al颗粒产生局部熔融，实现了TiAlC/Al复合材料的
32
低温快速致密化和界面反应的有效抑制。通过改变烧结温度，有效调控了微米级
TiAlC颗粒增强纯Al的界面反应。烧结温度在550–600°C时，致密度低，无界
32
面反应产物，TiAlC颗粒未择优排布。烧结温度620–640°C时，致密度高，界面
32
生成TiAl晶须，其尺寸随温度而增加，TiAlC片状颗粒旋转至基面垂直烧结方
332
向。烧结温度为620°C时，烧结态TA-620具有最佳的强度和塑性表现。
研究了烧结态TA-620在不同温度和应变率下的热变形行为。使用摩擦修正
的热压缩曲线，建立了热变形本构方程和热加工图，分析了热变形组织演变规律。
使用双曲正弦形式的本构方程精确描述了复合材料的热变形行为。变形样品内部
应变分布不均匀，中心区域基体变形最大，TiAlC片的择优取向程度最高。最佳
32
-1
热加工区间为410–500°C/0.18–1s，Al基体的动态再结晶的比例最高。高度失稳
区间为410–500°C/0.003–0.02s-1，样品产生了巨大的孔洞和界面裂纹。
基于最佳的热加工区间，在460°C/1s-1的变形条件下，对TA-620进行了不同
变形量的热挤压。提高挤压比使TiAlC片的定向排列程度增加、TiAlC多晶团
32