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連續(xù)SiC纖維增強鈦基復合材料(SiCf/Ti)具有優(yōu)良的綜合性能，是下一代高推重比航空發(fā)動機(＞12)必選的結(jié)構(gòu)材料，采用SiCf/Ti復合材料可以用來制造發(fā)動機的葉片、渦輪軸、整體葉環(huán)，其中SiCf/Ti復合材料整體葉環(huán)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的盤式結(jié)構(gòu)相比較，最高可以減重75%，大大地提升了發(fā)動機的整機性能，為發(fā)動機設計和制造帶來全新的概念。但是，由于纖維/基體界面結(jié)合一般要弱于基體強度，使得復合材料的橫向性能遠低于沿纖維方向的縱向性能。纖維/基體界面的化學組成和微觀結(jié)構(gòu)對界面脫粘強度有很重要的影響。針對SiCf/Ti復合材料橫向性能的研究較多，橫向性能的計算模型也較多。RejiJohn提出了一種模型可以有限元分析SiCf/Ti復合材料的橫向蠕變失效壽命，但是在該模型中沒有考慮界面脫粘強度對橫向蠕變性能的影響。在本文中，提出了一種新的模型來計算SiCf/Ti復合材料橫向拉伸強度，在模型中引入了界面脫粘強度。該模型具有計算簡潔、準確的特點。
試驗中采用的纖維增強體有兩種，一種是國產(chǎn)的W芯SiC纖維，直徑為100μm左右，碳涂層厚度約為1μm左右，另一種是進口的C芯SCS-6纖維，直徑為140μm，碳涂層厚度約為3μm。圖是SiC纖維的橫截面圖片。采用的基體材料是Ti6Al4V箔材，厚度為0．1 mm，圖是其原始組織圖片，由圖可知，箔材的原始組織主要是等軸的α和β相。
在本文中，SiCf/Ti6Al4V復合材料采用箔-纖維-箔方法(FFF)制備，F(xiàn)FF方法是一種常用的鈦基復合材料制備工藝，具有很多優(yōu)點，例如：制造成本相對較低，生產(chǎn)效率高、適合制備面板類、軸類、空心類零件，但也存在一些不足，例如：纖維百分數(shù)相對較低、纖維均勻性差，直接影響了復合材料的性能。為了克服這些不足，提高復合材料中纖維排布的均勻性和百分數(shù)，對FFF方法進行了改進。如圖所示，在箔材表面蝕刻出凹槽，然后將纖維排布在凹槽中，再采用臨時粘接劑固定，疊層后去除粘接劑，進行熱壓或者熱等靜壓，從而制備出復合材料的面板，復合工藝參數(shù)為：920℃/100 MPa/1 h。在熱壓或熱等靜壓復合過程中，凹槽起到固定纖維的作用，使纖維不易游動，復合后的纖維均勻性較好，而蝕刻出的凹槽也降低了基體百分數(shù)，提高了復合材料的纖維百分數(shù)，有利于提高力學性能。
界面脫粘強度(σt)直接影響SiCf/Ti6Al4V復合材料橫向力學性能，是重要的界面力學性能參數(shù)，界面脫粘強度一般采用十字拉伸試件測定，圖是十字拉伸試件的外形尺寸。
十字拉伸試件和橫向拉伸試件均在Instron試驗機上進行試驗。對拉伸后的十字拉伸試件和橫向拉伸試件的斷口分析，觀察斷面特征，分析復合材料的失效規(guī)律。
由表可知，國產(chǎn)纖維增強復合材料的界面脫粘強度大于SCS-6纖維，隨著熱處理時間的延長，SCS-6/Ti6Al4V的界面脫粘強度總體呈上升趨勢，而國產(chǎn)纖維與基體的界面脫粘強度隨著熱處理時間的延長而下降。國產(chǎn)SiC纖維增強鈦基復合材料的界面脫粘強度隨熱處理時間的延長變化不大，最高達到了169 MPa，遠低于鈦合金基體強度。圖6是含國產(chǎn)SiC纖維十字拉伸試件的斷口，由圖可知，經(jīng)過4h熱處理后的斷口，還有纖維保留在斷口的表面，強的界面結(jié)合導致在拉伸時，沿纖維內(nèi)部發(fā)生斷裂，隨著熱處理時間的延長，纖維/基體界面脫粘強度下降，發(fā)生斷裂時，斷口沿纖維和基體的界面分開。在圖6(b)中可以看出，在纖維剝離的斷口位置還存在界面反應層，這說明纖維與反應層的結(jié)合強度小于界面反應層與基體材料的結(jié)合強度。
通過十字拉伸試件測定，國產(chǎn)SiCf/Ti6Al4V的制備態(tài)復合材料的界面脫粘強度為169 MPa。假設拉伸試件厚度為1.4 mm，纖維層數(shù)為10層，纖維排布方式是矩形排布，測試溫度為室溫、300、400、550℃。在未考慮熱殘余應力前提下，圖給出了國產(chǎn)SiCf/Ti6Al4V橫向極限拉伸強度的計算結(jié)果和試驗結(jié)果。試驗測定的橫向極限拉伸強度為412，333，320，273 MPa，實驗值略低于計算值，最大的偏差不超過3.5%，這些偏差可能是由于未考慮熱殘余應力所造成。這說明采用該模型可以準確地預測復合材料的橫向極限拉伸強度。
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