被誉为“现代金属”、“太空金属”的钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐侵蚀及优异的高温力学性能的特点，，，，，，，，在航空航天、化工、海洋工程、生物医药等领域获得了越来越普遍的应用。。。。。。。钛合金也在几十年的生长历程中取得许多突破。。。。。。。合金化法使钛合金性能有显著提升，，，，，，，，服役温度由 350 ℃提高至 600 ℃，，，，，，，，但在已往 30 多年间始终未能突破 600 ℃瓶颈。。。。。。。随着航空航天手艺的快速生长，，，，，，，，超高速航行器需要在超高温、高应力、强磨损等更为极端条件下事情，，，，，，，，这对钛基质料的强度、刚度、耐热性等性能提出了更苛刻要求[1]。。。。。。。引入多元多尺寸的晶须或 / 及颗粒陶瓷增强相并调控其有序空间排布的复合化法是实现钛合金高性能化的有用途径之一[2–3]。。。。。。。由此制备获得的质料被称为钛基复合质料 （Titanium matrix composites，，，，，，，，TMCs），，，，，，，，其中以IMI834、Ti1100、BT36、Ti60、Ti600、Ti65 等近 α 型高温钛合金为基体的这类 TMCs 也被称为耐热钛基复合质料 （Heat-resistant TMCs，，，，，，，，HRTMCs）。。。。。。。TiB、TiC、Ti5Si3 以及稀土氧化物 （如La₂O₃ 等）是 TMCs 中最常用的陶瓷增强相，，，，，，，，通常是通过制备历程中钛基体与 B、TiB2、C、B4C、Si 和 LaB6 等反应物间原位自生反应天生的[4–5]。。。。。。。通过无邪因素设计、精巧漫衍、结构优化和多样形变加工调控等方法，，，，，，，，TMCs 可以实现韧性的钛合金和高刚度及高强度的增强体间的协同耦相助用，，，，，，，，从而体现出更高的比强度、比刚度及更优异的耐热性和耐磨性。。。。。。。HRTMCs 的使用温度较古板钛合金提高了 50 ~ 200℃，，，，，，，，有望在 550 ~ 800 ℃使用情形下部分取代古板高温合金，，，，，，，，从而实现大幅减重。。。。。。。HRTMCs 在航空航天等领域具有辽阔应用远景和生长潜力，，，，，，，，因此获得普遍关注[6–7]。。。。。。。

随着温度升高到 600 ℃以上，，，，，，，，晶界强度的显著弱化已然成为进一步提高 TMCs 耐热性能的阻碍之一。。。。。。。单位单标准增强体只管可以提高晶界强度，，，，，，，，但会引起较大的室温脆性。。。。。。。而接纳多元多标准增强体实现微纳协同强化，，，，，，，，则可在高效强化晶界的同时缓解塑性下降。。。。。。。随着对生物结构质料中细腻复合构型更为深入的熟悉，，，，，，，，使得“非匀称”复合构型对金属基复合质料强韧化作用倍受重视。。。。。。。复合构型更有利于施展复合设计的自由度和差别组元间的协同耦合效应，，，，，，，，从而进一步掘客TMCs 耐热性能的潜力。。。。。。。别的，，，，，，，，引入陶瓷增强相会降低 TMCs 的热加工性能，，，，，，，，因此接纳古板的热变形手艺加工TMCs，，，，，，，，成材率及产品稳固性都不睬想，，，，，，，，无法实现大型重大构件的制备及批量化生产。。。。。。。等温铸造、细密铸造和增材制造等近净成形手艺成形的构件无需加工或仅需少量加工，，，，，，，，不但可以提高原质料使用率，，，，，，，，还可解决重大构件成形难题，，，，，，，，使其因具有辽阔应用远景而备受关注。。。。。。。

微纳协同强化、复合构型设计等新兴质料设计理论为进一步提升HRTMCs 的综合性能提供新研究思绪。。。。。。。而近净成形加工手艺的愈发成熟为有用解决 HRTMCs 构件成形难问题提供了新的手艺途径。。。。。。。本文针对HRTMCs 的研制，，，，，，，，从复合构型设计和制备、近净成形加工手艺及高温力学性能等方面举行响应的研究希望及应用实例综述，，，，，，，，并提出该质料保存的问题、要害突破点以及未来生长偏向。。。。。。。

1、 HRTMCs 的微纳协同强化与复合构型设计

1.1 微纳协同强化

差别标准增强体有差别的强化机制，，，，，，，，其中微米级 TiC 颗粒及 TiB 晶须的强化机制主要包括承载强化、热失配引起的位错强化以及诱发基体晶粒细化带来的细晶强化，，，，，，，，而硅化物（如 Ti5Si3）和稀土氧化物 （如 La₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃ 等纳米级颗粒）主要弥散漫衍于晶内，，，，，，，，主要起 Orowan 强化作用。。。。。。。充分使用差别尺寸增强体的耦合强化效应，，，，，，，，可以显著改善 TMCs的综合性能。。。。。。。唬；；；；诖耍，，，，，吕维洁等[5]提出了微纳协同强化设计头脑，，，，，，，，接纳多元增强体通过优化其组合及配比、调控增强体标准及漫衍，，，，，，，，从而充分验展多元增强体的优势，，，，，，，，抵达微 / 纳协同强化的效果。。。。。。。现在已开发出了（TiB + TiC）、（TiB + La₂O₃）等二元系统以及 （TiB + TiC +  La₂O₃）、（TiB + TiC +Nd₂O₃）、（TiB + TiC + Y₂O₃）等三元系统的一系列微纳协同强化的 TMCs。。。。。。。这些多元多标准的微纳增强体可以显著提高 TMCs 的拉伸强度、高温瞬时强度、长期强度及抗蠕变性能。。。。。。。

1.2 复合构型设计

复合构型有利于深入挖掘复合质料的性能潜力，，，，，，，，提高其强韧性。。。。。。。通过设计调控增强体的非匀称漫衍，，，，，，，，制备特殊构型的复合质料成为近年来研究热门之一。。。。。。。现在，，，，，，，，TMCs 中主流的复合构型有层状构型和网络构型两种。。。。。。。借助粉末冶金法的高度可设计性，，，，，，，，众多学者开发出多样复合构型TMCs。。。。。。。段宏强[8] 通过离子渗碳团结热压毗连的要领制备出差别体积分数的增强体层状结构 Ti – （TiB+TiC）/Ti复 合 材 料 及 Ti –（TiB+La₂O₃）/Ti 复合质料，，，，，，，，证实晰这种层状构型复合质料能够在坚持匀称增强复合质料强度的同时使延伸率提高了 1 倍。。。。。。。王帅[9] 接纳交替叠层铺粉及反应热压烧 结 法 制 备 层 状 结 构 TiB/Ti–TiB/TA15 复合质料。。。。。。。层状结构的引入有用提高了复合质料的室温塑性及韧性。。。。。。。Wu 等[10] 接纳限域填粉法制备了类纤维结构 TMCs，，，，，，，，其在坚持优异延伸率的同时，，，，，，，，强度获得大幅提升。。。。。。。

Huang 等[6，，，，，，，，11] 使用反应热压烧结法，，，，，，，，接纳大尺寸球形钛粉和小尺寸的TiB2 粉制备了三维准一连网状漫衍的 TMCs，，，，，，，，其组织形貌如图 1（a）所示。。。。。。。这种网状结构 TMCs 具有优异的力学性能，，，，，，，，相较于基体合金不但强度获得显著改善，，，，，，，，同时塑性的降低幅度也更小。。。。。。。现在该团队还制备一系列三维准一连网络漫衍增强 TMCs，，，，，，，，并获得优异的强度及抗蠕变性能。。。。。。。除了粉末冶金法外，，，，，，，，熔铸法及增材制造法也能获得具有网状结构的TMCs。。。。。。。这与凝固历程中的物理冶金行为亲近相关，，，，，，，，绝大部分 TMCs 中 B含量处于亚共晶区，，，，，，，，优先形核的初生β 晶粒为贫 TiB 晶须区，，，，，，，，此后续在初生 β 晶界处形核的共晶 TiB 和 β – Ti为富 TiB 晶须区，，，，，，，，从而形成三维网状结构，，，，，，，，如图 1（b）[12] 和（c）[13] 所示。。。。。。。

这种网状结构受到冷却速率、增强体含量等因素影响，，，，，，，，当冷却速率较快时，，，，，，，，如增材制造历程中，，，，，，，，初生 β 晶粒细。。。。。。。，，，，，此时网状尺寸较。。。。。。。唬；；；；当冷却速率较慢时，，，，，，，，如熔铸制备历程中，，，，，，，，初生β 晶粒粗大，，，，，，，，网状尺寸较大。。。。。。。当共晶TiB 晶须含量较少不可完全包覆初生 β 晶粒时，，，，，，，，形成的网状结构不一连；；；；；；当共晶 TiB 晶须含量过高时，，，，，，，，由于冷却时各相形核顺序改变从而不会形成网状结构。。。。。。。别的，，，，，，，，也有学者充分使用粉末冶金法的无邪性制备了同时具备层状与网状结构的 TMCs。。。。。。。Liu等[14] 接纳反应热压法和叠层热压法设计并制备了含纯钛层及网状结构的 TiB/Ti 复合质料层的 TMCs，，，，，，，，其在宏观标准上泛起层状结构，，，，，，，，在微观上层内的 TiB 晶须则泛起三维网状结构漫衍，，，，，，，，这种复合构型不但可以显著提高 TMCs 的强度，，，，，，，，并且延伸率高于纯钛基体。。。。。。。

2 、HRTMCs 的制备及形变加工

2.1 制备手艺与要领

TMCs 的原位自生制备手艺可分为熔铸法 （包括真空自耗电弧熔炼（VAR）、感应凝壳熔炼 （ISM））、粉末冶金法 （包括反应热压法（RHP）、放电等离子烧结法 （SPS）、机械合金化 （MA）和自伸张高温合成法（SHS）等）以及新兴的增材制造 （包括选区激光熔化 （SLM）、激光直接沉积 （DLD）、电子束熔化沉积（EBM）及电弧熔丝沉积 （WAAM）等）[15]。。。。。。。

TMCs 的制备蹊径如图 2 所示。。。。。。。

熔铸法使用古板的钛合金熔炼装备直接将海绵钛、中心合金以及反应剂一起混料后熔炼，，，，，，，，在熔炼历程中通过原位自生反应天生多元增强体。。。。。。。熔铸法具有简朴、经济、无邪的特点，，，，，，，， 可以实现 TMCs 批量化生产和大尺寸构件制备，，，，，，，，具有辽阔的应用远景。。。。。。。细密铸造是一种高效的液态近净成形要领，，，，，，，，已被普遍用于航空航天重大钛合金构件的制备。。。。。。。接纳细密铸造 工艺可以阻止 TMCs 形变加工难等问题，，，，，，，，能够实现重大构件的一次成形，，，，，，，，因此是 HRTMCs 富有远景的加工方法之一。。。。。。。可是现在关于 TMCs细密铸造的研究报道仍较少。。。。。。。王冀恒 [16] 对 （TiB+TiC）/Ti6Al4V 细密铸造开展一系列基础性研究，，，，，，，，发明添加 B4C 除了可以天生 TiB 晶须和TiC 颗粒外，，，，，，，，还可以影响 TMCs 的凝固结晶路径，，，，，，，，使复材的流动阻止机制 与宽结晶温度规模的合金类似，，，，，，，，抑制了合金中粗大魏氏组织的形成，，，，，，，，细化了基体 α 片层。。。。。。。刘统军[17] 也开展了（TiB + La₂O₃）/IMI834 的细密铸造，，，，，，，，发明 B 元素和稀土元素 La 的引入可以使复合质料坚持熔液状态的时间更长，，，，，，，，从而具有更好的流动性，，，，，，，，如图 3 所示。。。。。。。细密铸造手艺可大幅度降低 TMCs 重大构件的生产本钱，，，，，，，，对推动 TMCs 在价钱更为敏感的民用领域上的应用具有重大意义。。。。。。。

粉末冶金法可实现复合质料中增强相含量和漫衍的准确控制，，，，，，，，易于一次性近净成形，，，，，，，，且质料铺张少，，，，，，，，是现在构型复合质料中最常用的制备手段。。。。。。。金属增材制造手艺是近 10 多年来飞速生长的一种近净成形细密加工手艺，，，，，，，，具有能够实现多品种、小批量、净成形、设计无邪和快速响应等优点，，，，，，，，增材制造手艺为TMCs 的开发与构件研制带来了新机缘。。。。。。。现在增材制造已乐成应用于多 种 TMCs 的 制 备，，，，，，，，如 TiB/CP–Ti、TiB/Ti6Al4V、TiC/Ti、TiC/Ti6Al4V、（TiB+TiC）/Ti6Al4V、（TiB+La₂O₃）/Ti6Al4V 等，，，，，，，，实现力学性能的显著提 升。。。。。。。可是这些 TMCs 的基体大大都为纯钛或 Ti6Al4V 合金，，，，，，，，鲜有增材制造 HRTMCs 相关的研究报道。。。。。。。现在TMCs 的增材制造尚处在实验室阶段，，，，，，，，未工业化生产，，，，，，，，仍有许多问题需 要解决。。。。。。。例如质料性能不稳固、韧塑性较差、构件质量可靠性低等，，，，，，，，主要是由于增强体的加入会引起激光吸收率、熔体黏度等物性的改变，，，，，，，，从而导致打印件中孔隙、朴陋等缺陷的形成。。。。。。。往往增强体含量越高，，，，，，，，打印件中孔隙越大。。。。。。。

别的，，，，，，，，粉末冶金和增材制造中常用的原质料粉体又可以分成混淆粉体和复合粉体。。。。。。。唬；；；；煜厶迨峭ü孱押辖鸱勰┯敕从练勰┌磁浔染傩械湍芑蚋吣芮蚰サ确椒ɑ祷煜频玫。。。。。。。经由优化的混粉工艺可以基本解决反应剂粉末和金属粉末匀称混淆的问题。。。。。。。唬；；；；祷煺敝票副厩汀⑿矢撸，，，，，但容易使粉末的整体球形度和流动性降低，，，，，，，，且不可包管陶瓷颗粒的匀称漫衍。。。。。。。别的，，，，，，，，现在高温钛合金粉末并未实现批量化生产，，，，，，，，仅个体单位可生产响应粉末。。。。。。。唬；；；；煜厶迨欠勰┮苯鸱ㄖ票腹ひ罩凶畛Ｓ玫脑柿希，，，，，然而在增材制造工艺中，，，，，，，，由于快速冷却的特征，，，，，，，，熔池坚持在较高温下的时间很短，，，，，，，，高熔点的反应剂 （如 TiB₂ 的熔点为 3000 ℃以上；；；；；；B4C 的熔点为 2350 ℃左右）使得原位自生反应无法充分举行。。。。。。。复合粉体是 借鉴预合金化粉末的制备思绪，，，，，，，，通过预先将海绵钛、中心合金及反应剂熔化成复材铸锭，，，，，，，，然后使用旋转电极法或气雾化法制备响应粉体。。。。。。。经由至少两次循环熔化以及快速凝固可以将增强体直接内嵌于粉末内部。。。。。。。复合粉体的球形度好，，，，，，，，卫星粉较少、无空心粉、流动性佳。。。。。。。Li 等[18] 接纳气雾化法将TiB/IMI834 铸锭制成响应的复合粉末，，，，，，，，由于制备历程中复合质料先雾化成液滴，，，，，，，，随后快速冷却，，，，，，，，等轴 β 晶先析出，，，，，，，，使得液相中 B 含量逐渐过饱和至共晶点，，，，，，，，随后爆发共晶反应析出TiB 纳米晶须团簇，，，，，，，，TiB 团簇在初生β 晶界上呈网状漫衍，，，，，，，，网状结构尺寸为 2~5 μm，，，，，，，，如图 4 所示。。。。。。。该要领制备的复合粉末可以用于制备具有三维网状结构的 HRTMCs。。。。。。。Fang 等[19]以复合粉体为原质料，，，，，，，，接纳激光直接沉积制备了体积分数 2.5% TiB/Ti 复合质料。。。。。。。复合质料中纳米 / 亚微米的 TiB 晶须亦呈网状漫衍，，，，，，，，等轴状网络和少量的柱状树枝形网络划分位于熔池中部和底部，，，，，，，，实现了凝固历程中初生 β 晶粒从柱状晶向等轴晶的转变。。。。。。。质料的综协力学性能周全优于古板工艺的同类 TMCs，，，，，，，，且体现出各向同性的拉伸性能。。。。。。。这种复合粉末的优势是可以将增强体内嵌于粉末中，，，，，，，，通过多次熔炼获得的 TMCs 棒材内部增强体漫衍匀称，，，，，，，，既可包管粉末内部的增强体匀称漫衍，，，，，，，，又阻止了机械混淆的不匀称性和杂质污染。。。。。。。

然而，，，，，，，，这种手艺蹊径所制备的复合粉末具有极强的专用性，，，，，，，，工艺周期较长，，，，，，，，尚未形成工业化规模，，，，，，，，成内情对较高。。。。。。。因此有须要开发新的复合粉末制备蹊径，，，，，，，，例如将感应熔炼与气雾 化制粉相团结以此来降低生产本钱、缩短工艺周期。。。。。。。

2.2 超塑性成形手艺

超塑性成形是一种高效率近净成形工艺，，，，，，，，其有用使用了金属质料超塑状态下高塑性、低流变应力、无显着加工硬化的特点，，，，，，，，具有成形精度高、模具寿命高、质料填充性好和材 料使用率高等优势。。。。。。。现在，，，，，，，，已开发出种种以超塑性成形为基础的加工要领，，，，，，，，如超塑气胀成形、超塑等温铸造、超塑挤压加工和超塑成形 / 扩散毗连等。。。。。。。由于钛合金难成形和加工易回弹等问题，，，，，，，，其主要的成形要领为超塑成形手艺，，，，，，，，现在普遍应用于钛合金重大构件的生产，，，，，，，，实现了飞机、火箭、卫星和发念头等主要零部件的大批量制造。。。。。。。与钛合金相比，，，，，，，，TMCs 在具有高强高模特征的同时，，，，，，，，由于引入了硬质增强相使其保存变形抗力大，，，，，，，，加工性差的问题，，，，，，，，团结超塑成形手艺可有用降低变形抗力，，，，，，，，解决其成形性差的问题，，，，，，，，对 TMCs 细密成形具有重大意义。。。。。。。海内外研究均已证实 TMCs 具有超塑性，，，，，，，，在合适变形温度及应变速率下，，，，，，，，大大都 TMCs 的延伸率可凌驾 200%，，，，，，，，如图 5 所示[20]（各因素均为体积分数）。。。。。。。现在关于 TMCs 的超塑性研究主要集中在以 Ti6Al4V合金为基体的质料，，，，，，，，而对以高温钛合金为基体的质料的相关研究仍较少。。。。。。。Wang 等[21] 研究了差别增强体含量的（TiB + TiC）/ Ti1100 复合质料的超塑性变形行为和变形机理，，，，，，，，发明5% （TiB + TiC）/ Ti1100 复合质料在800 ℃/10^–2 s^–1 条件下具有最大延伸率 659%，，，，，，，，体现出较好的高应变速率超塑性。。。。。。。Li 等[22] 研究了基体组织对TiC/7715D 和 （TiB + TiC）/7715D 复合质料的超塑性变形行为的影响，，，，，，，，发明基体为等轴组织时，，，，，，，，复材超塑性更为优异，，，，，，，，在 1050 ℃/10^–3 s^–1 条件下，，，，，，，，最大延伸率抵达 802%。。。。。。。Qiu 等[20] 则对TiB、TiC 单位增强，，，，，，，，（TiB + TiC）双元单标准增强和双元 （TiB + La₂O₃）双元微纳增强 IMI834 基复合质料的超塑性成形工艺举行探索，，，，，，，，发明 2.5%TiB/IMI834 复合质料的超塑性最为优异，，，，，，，，在 950 ℃/10^–3 s^–1 条件下获得最大延伸率为 682%。。。。。。。

3、 HRTMCs 的高温力学性能

3.1 高温拉伸性能

现在已有众多文献对 TMCs 的力学性能举行了总结归纳[15，，，，，，，，23–25]。。。。。。。但鲜有文献对 HRTMCs 的高温力学性能举行总结，，，，，，，，图 6 给出了部分高温钛合金及 HRTMCs 的高温拉伸性能以作增补 （其中各因素均为体积分数）。。。。。。。TMCs 的高温性能与质料微观组织如增强体的类型、含量及漫衍以及基体晶粒尺寸、组织形貌、基体织构等亲近相关。。。。。。。相较于高温钛合 金，，，，，，，，HRTMCs 的高温强度显著提高，，，，，，，，且往往随着增强体含量的增多而增大。。。。。。。Chen 等[26] 研 究 了 不 同 TiB 含量对 TiB / Ti6242S 复合质料高温性能的影响，，，，，，，，发明添加了 TiB 的复合质料比基体 455 ℃的高温强度提高了16% ~ 24%，，，，，，，，且随着 TiB 含量的增添，，，，，，，，复合质料的高温强度也随之提高；；；；；；特殊是 565 ℃时高温强度抵达了 667MPa。。。。。。。马凤仓[27] 评估了差别 TiC 含量对 TiC / Ti1100 复合质料高温性能的影响，，，，，，，，发明随着 TiC 含量的提高，，，，，，，，复合质料的高温性能有显著的提升，，，，，，，，体积分数 10% TiC/ Ti1100 复合质料在 650 ℃时的高温强度抵达了 889MPa。。。。。。。差别标准及形貌的增强体有着差别强化机制。。。。。。。相较于颗粒状增强体，，，，，，，，TiB 晶须这类短纤维状增强体具有更显著的承载强化作用。。。。。。。通常晶须的长径比越大、偏轴角越。。。。。。。，，，，，其强化效果越好[28]。。。。。。。而稀土氧化物 （如La₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃ 等） 纳米级颗粒通常起弥散强化作用。。。。。。。使用差别尺寸增强体的耦合强化效应，，，，，，，，可以充分验展多元增强体的优势，，，，，，，，抵达微纳协同强化的效果。。。。。。。杨志峰[29] 制备了TiB 和 TiC 双 元 增 强 Ti6242S 复 合质料，，，，，，，，其 600 ℃时的高温强度比商用IMI834 钛合金提高了 22.8%，，，，，，，，且 650 ℃时的高温强度也抵达了 639 MPa。。。。。。。

Xiao 等[30] 制备了一系列 TiB、TiC 和La₂O₃ 多元强化增强 IMI834 复合质料，，，，，，，，并系统研究了其高温力学性能、高温蠕变性能和热稳固，，，，，，，，证实晰这类HRTMCs 具有优异的耐热性能，，，，，，，，其中（TiB + La₂O₃）/IMI834 复合质料在 600℃时的高温强度较商用 IMI834 合金提高了 28%，，，，，，，，并且在 700 ℃时仍具有755 MPa 的优异强度。。。。。。。别的，，，，，，，，设计调控增强体的非匀称漫衍，，，，，，，，制备特殊构型亦可以显著提高 HRTMCs 的高温性能。。。。。。。Wang 等[31] 通过热压烧结法制备了网状结构 TiB/Ti60 复合质料，，，，，，，，通过强化晶界使复合质料具有优异的高温 性能，，，，，，，，其中烧结态的 5.1% TiB/Ti60 复合质料在 600 ℃和 700 ℃时的高温强度划分为 904 MPa 和 635 MPa。。。。。。。

作为 TMCs 的主要组成，，，，，，，，基体起着承载、转达应力及固结陶瓷增强体等作用，，，，，，，，主导着复合质料的性能。。。。。。。因此基体的微观组织 （如基体晶粒尺寸、组织形貌、基体织构等）对 TMCs性能有着显著影响，，，，，，，，而这些基体组织特征往往与质料的加工工艺亲近相关。。。。。。。形变加工可以有用细化基体微观组织，，，，，，，，不但提高了 TMCs 的强度，，，，，，，，也改善了其延伸率。。。。。。。可是随着温度升高，，，，，，，，晶内强度和晶界强度都会降低，，，，，，，，且晶界强度往往下降更快。。。。。。。Xiao等[30] 评估了差别应变速率下多元增 强 TMCs 中 IMI834 基 体 的 等 强温度，，，，，，，，发明当应变速率为 10^–3 s–¹ 时，，，，，，，，IMI834 基体合金的等强温度为 600℃。。。。。。。因此当温度≤600 ℃时，，，，，，，，基体的细晶强化作用才可能施展起劲正面作用；；；；；；当温度更高时，，，，，，，，晶界强度低于晶内强度，，，，，，，，细晶基体反而对复合质料强度起负面作用。。。。。。。因此，，，，，，，，通详尽化基体晶粒来提高 HRTMCs 在 600 ℃以上高温强度的做法往往会适得其反。。。。。。。差别钛合金显微组织的力学性能各有优劣，，，，，，，，其中片层组织在蠕变性能、长期性能及断裂韧性等方面优于等轴组织及双态组织。。。。。。。因此，，，，，，，，现在高性能的 HRTMCs 基体多以片层组织为主。。。。。。。Guo 等[32] 研究了热轧制工艺对 （TiB + La2O3）/IMI834 复合质料高温性能的影响，，，，，，，，经由 95% 热轧制变形和 β 相区固溶加上 650 ℃时效处置惩罚后，，，，，，，，其 650 ℃时的高温强度抵达 766 MPa。。。。。。。Li 等[33] 通过系统研究差别热处置惩罚工艺对 （TiB + La₂O₃）/IMI834 复合质料高温性能的影响，，，，，，，，发明经由 β 热处置惩罚后的复合质料具有较优的性能，，，，，，，，其在 650 ℃时的高温强度为 722 MPa。。。。。。。别的，，，，，，，，TMCs 基 体 α–Ti 相为密排六方结构，，，，，，，，具有本征各向异性，，，，，，，，在形变加工后易形成强织构。。。。。。。因此基体织构对 TMCs 力学性能的影响也禁止忽视。。。。。。。Le 等[34–35]研究了基体织构及 TiB 晶须排布对（TiB + La₂O₃）/IMI834 复材轧板力学性能的耦相助用，，，，，，，，证实了基体织构会使得在平行于基极 （基体大都晶粒的 [0001] 轴向）偏向上的强度显着高于笔直于基极偏向上的强度，，，，，，，，而晶须在其轴向上承载强化效果最为显著。。。。。。。因此提出了通过热变形及热处置惩罚工艺来调控基体织构和晶须排布，，，，，，，，从而实现复材性能的设计思绪，，，，，，，，例如使晶须笔直于基体织构基极排布，，，，，，，，有用使用二者间拮抗作用削弱复材强度各向异性，，，，，，，，阻止择优取向引起消极作用；；；；；；抑或者使晶须平行于基体织构基极，，，，，，，，使用二者的协同作用通过织构强化使得在该偏向上复材强度更为突出。。。。。。。更为主要的是这种基体织构和定向排布晶须的协同强化作用在 650 ℃以上高温时仍有用，，，，，，，，有望显著提高 HRTMCs 的高温强度。。。。。。。

TiB/Ti60 复合质料在经由 β 相区挤压变形后，，，，，，，，基体为强 <0001> 平行于挤压偏向的丝织构，，，，，，，，同时 TiB 晶须也平行于挤压偏向排布，，，，，，，，该复合质料在600 ℃和 700 ℃时的高温强度划分抵达了 992 MPa 和 784 MPa[31]。。。。。。。

综上，，，，，，，，通过调解增强体的类型、含量及漫衍，，，，，，，，调控基体晶粒尺寸、组织形貌、基体织构等微观组织，，，，，，，，可以获得高温性能优异的 HRTMCs。。。。。。。绝大部分 HRTMCs 650 ℃时的强度显 著优于古板高温钛合金 600 ℃时的强度，，，，，，，，甚至部分复合质料在 700 ℃时的抗拉强度也与古板高温钛合金 600℃时的相当。。。。。。。仅从拉伸性能角度考量，，，，，，，，HRTMCs 如 2.4% （TiB + La₂O₃）/IMI834 和 5.1% TiB/Ti60 的服役温度可抵达 700 ℃。。。。。。。

3.2 蠕变性能和长期性能

质料在高温受载情形下恒久服役会爆发蠕变变形。。。。。。。蠕变性能及高温长期性能是高温构件设计选材的主要依据。。。。。。。现在，，，，，，，，对 HRTMCs 的蠕变及长期性能的研究还较量有限。。。。。。。图 7 列 出了部分 HRTMCs 在差别温度下稳态蠕变速率与外加应力关系以及知足100 h寿命的长期强度。。。。。。。Xiao等[36–37]对 （TiB + La₂O₃）/IMI834 复合质料的高温蠕变性能举行系统研究，，，，，，，，发明HRTMCs 的稳态蠕变速率较 IMI834合金低 1~2 个数目级，，，，，，，，同时蠕变抗力显著提高。。。。。。。HRTMCs 蠕变抗力强化主要来自应力转达效应和门槛应力，，，，，，，，并且强烈依赖于增强体的形态特征。。。。。。。短纤维状 TiB 晶须作用主要体现为可以提高应力转达效应，，，，，，，，其长径比越大、体积分数越高对应力转达效应提升作用越突出。。。。。。。纳米 La₂O₃ 颗粒则主要通过 Orawan 强化作用提高门槛应力，，，，，，，，其弥散水平越高提升效果越显着。。。。。。。李云钢等[38–39] 发明增强体的加入可以显著改善 （TiB + La₂O₃）/IMI834和 （TiB + TiC + La₂O₃）/IMI834 复 合 质料 的 高 温 持 久 性 能，，，，，，，，（TiB + La₂O₃）/IMI834 复合质料的长期断裂时间比基体合金横跨一个数目级，，，，，，，，但复合质料长期断裂延伸率与基体合金相当。。。。。。。

别的，，，，，，，，TMCs 基体的微观组织对复合质料蠕变性能也禁止忽视，，，，，，，，Prasad[40]、Chandravanshi[41] 及 Li[42] 平划分研究了热处置惩罚工艺对 TiB/IMI834、TiB/Ti1100及 （TiB + La2O3）/IMI834 复合质料蠕变性能的影响，，，，，，，，其中 β 热处置惩罚后复合质料的稳态蠕变速率均小于 α + β 热处置惩罚后，，，，，，，，且 α + β 热处置惩罚时固溶温度越高，，，，，，，，复合质料稳态蠕变速率越小。。。。。。。这也批注片层组织基体的蠕变性能优于双态组织及等轴组织。。。。。。。Guo 等[43] 研究了热轧制变形量对 （TiB + La₂O₃）/IMI834 复合质料蠕变性能的影响，，，，，，，，发明随着轧制变形量增大，，，，，，，，复合质料稳态蠕变速率先降低此后提高，，，，，，，，并展现了 TMCs 蠕变的变形机制为晶界滑动以及 α 片层内位错运动。。。。。。。

综上，，，，，，，，相较于钛合金，，，，，，，，HRTMCs具有更低的稳态蠕变性速率和更高的蠕变激活能；；；；；；HRTMCs 稳态蠕变速率与外加应力间仍切合幂律关系，，，，，，，，但应力指数更大；；；；；；HRTMCs 蠕变存 在门槛应力，，，，，，，，外加应力低于门槛时不爆发蠕变；；；；；；在相同测试温度及一连时间内，，，，，，，，HRTMCs 的长期强度更高。。。。。。。

4、 HRTMCs 的应用实例

TMCs 具有高比强度及比刚度、优异耐磨性及高温性能，，，，，，，，因此在航空航天和民用领域有着辽阔应用远景。。。。。。。日本丰田株式会社已开发出低本钱的 TiB/Ti–6Al–4Sn–4Zr–1Nb–1Mo– 0.2Si HRTMCs 并用于一款丰田跑车发念头上，，，，，，，，实现减重 40%，，，，，，，，使得发念头的最高转速显著提高，，，，，，，，运转噪声降低 30%[44]。。。。。。。德国 ATM 公司乐成开发了 TiB/Ti6Al4V 和 TiC/Ti6Al4V复合质料用于汽车进气阀、出气阀、连杆及飞机升降架等[45]。。。。。。。

相较于外洋，，，，，，，，海内单位开展了更多 TMCs 的制备及工程应用事情。。。。。。。上海交通大学研究团队经由 20 多年在 TMCs 偏向的深耕，，，，，，，，已经建设了成熟的 TMCs 的复合设计、复合响应、 变形加工的全链条基础理论和制备手艺系统，，，，，，，，开发的 TMCs 具有高模量耐磨损和耐热两类优异性能，，，，，，，，拓展了钛合金的应用领域。。。。。。。上海交通大学团结浙江嘉钛金属科技有限公司接纳真空自耗熔炼手艺制备了迄今为止国际上最大的直径 508 mm、重 2000 kg 的 HRTMCs 铸锭，，，，，，，，如图 8（a）所示，，，，，，，，实现了吨级 TMCs 的批量化生产。。。。。。。同时该团队还建设了拥有 250 kg 真空自耗凝壳炉浇铸装备的TMCs 细密铸造生产线，，，，，，，，可实现最大外径 1200 mm、高度 500 mm TMCs构件的浇铸成形，，，，，，，，单件质量净重最大可达 150 kg。。。。。。。通详尽密铸造工艺和热等静压手艺，，，，，，，，乐成制备了 TMCs壳体与舵骨架细密铸件，，，，，，，，如图 8（b）和 （c）所示。。。。。。。该团队解决了变截面异型构件性能稳固性控制难题，，，，，，，，建成了拥有 3000 t 压机及全套耐高温模具的等温细密铸造加工平台，，，，，，，，可生产差别规格重大形状的钛基复合质料细密锻件。。。。。。。其制备的 TMCs 等温锻件已通过航天六院的新质料判断，，，，，，，，并在国家要害领域获得应用，，，，，，，，其

力学性能周全逾越 TC4 钛合金锻件的国家标准，，，，，，，，并具有高强高模耐磨损等优异性能。。。。。。。图 9 为接纳等温铸造技 术 制 备 （TiB + La₂O₃）/ IMI834 的HRTMCs 锻件，，，，，，，，质料整体使用率抵达 90% 以上。。。。。。。对锻件进一步热处置惩罚及机加工后乐成制备出知足航天需求的 HRTMCs 重大构件，，，，，，，，其比强度和比模量整体提高 10%，，，，，，，，结构减重45%，，，，，，，，并且耐热性能提升十明确显，，，，，，，，构件使用温度可以拓展到 700 ℃，，，，，，，，瞬时使用温度可以抵达 800 ℃甚至更高。。。。。。。图 10 为苏州欧拉透平机械有限公司使用钛基复合质料叶轮作为焦点构件应用于离心式高温水蒸气压缩机组的现场及一、二期构件照片。。。。。。。该叶轮构件在温度为 570 ℃，，，，，，，，压力为 1 MPa 下侵蚀介质中服役，，，，，，，，一期构件已运转 8 年，，，，，，，，批注该构件可在高温情形中可靠运行。。。。。。。别的，，，，，，，，该研究团队已突破了 HRTMCs 薄板热加工手艺瓶颈，，，，，，，，实现了厚度仅为 0.5mm 的 HRTMCs 薄板轧制加工成形。。。。。。。

哈尔滨工业大学研究团队则以网状结构钛基复合质料为特色，，，，，，，，接纳热压烧结法制备了某航天航行器发念头用气动格栅 （Φ580 mm×10mm），，，，，，，，实现单件减重 47%[3]。。。。。。。该团队 还接纳热静液挤压和旋锻手艺制备了内径 5 ~ 7 mm、壁厚 1.5 ~ 3 mm 的TiB/Ti60 薄壁管材[7]。。。。。。。

5 、结论

经由多年研究，，，，，，，，TMCs 的设计、制备及加工均获得长足的前进，，，，，，，，通过对增强相尺寸、种类及漫衍特征、基体组织等结构参量举行有序调控，，，，，，，，提升了质料综合性能，，，，，，，，解决了 TMCs 制 备和构件成形的要害难题，，，，，，，，并在某些要害领域获得应用，，，，，，，，爆发了优异的社会效益和经济效益。。。。。。。为进一步提高HRTMCs 的综合性能，，，，，，，，增进复合质料先进加工手艺的生长，，，，，，，，一连扩大质料在航空航天、石油、化工、舰船等领域应用探索，，，，，，，，以后可以从以下 4 个偏向开展事情。。。。。。。

（1）大型 TMCs 铸锭或粉末冶金坯料制备，，，，，，，，管、棒、板材的工业化生产。。。。。。。

大标准构件需要制备更大规格的钛基复合质料铸锭或粉末冶金坯料，，，，，，，，怎样制备因素匀称、组织一致性好、无缺陷以及质量稳固的铸锭和粉末冶金坯料是 TMCs 规模唬；；；；τ帽匦杞饩龅囊δ烟。。。。。。。在此基础上使用工业化装备实现 TMCs 管、棒、板材的生产。。。。。。。

（2）微纳与构型耦合。。。。。。。

高温下晶界强度显著降低，，，，，，，，强化晶界是未来进一步提高 HRTMCs 高温性能的要害。。。。。。。微纳强化及构型强化均可以显著提高 HRTMCs 的高温性能。。。。。。。因此，，，，，，，，将微纳强化与构型强化相团结有望进一步提升 TMCs 的高温性能。。。。。。。通过对复合质料中增强体的种类、含量、尺寸及空间漫衍的优化设计，，，，，，，，实现多元多标准增强体的多结构漫衍，，，，，，，，成为突破 TMCs 耐热瓶颈的新途径。。。。。。。

（3）生长先进近净成形加工手艺。。。。。。。

增材制造、细密铸造和等温超塑成形这 3 种近净成形手艺是解决HRTMCs 重大构件成形的主要突破口。。。。。。。增材制造方面，，，，，，，，复合粉体具有先天性优势，，，，，，，，开发新的复合粉末短流程制备蹊径以降低生产本钱、缩短工艺周期，，，，，，，，有助于推动 HRTMCs 增材手艺的生长。。。。。。。细密铸造方面，，，，，，，，则需要优化基体合金因素和增强体的种类及含量，，，，，，，，并对 TMCs 细密铸造历程模拟 来优化浇铸模子及工艺，，，，，，，，从而镌汰铸造缺陷、提升流动性包管充型、提高铸件力学性能。。。。。。。等温超塑成形方面，，，，，，，，则需要继续深入 HRTMCs 超塑性成形工艺及机理研究，，，，，，，，探讨多元多标准增强体及其构型漫衍对超塑性变形机制的影响，，，，，，，，以实现基体组织的细腻调控及增强体构型漫衍的坚持，，，，，，，，进一步施展其在大尺寸重大构件稳固化制备的优势。。。。。。。

（4）完善综合性能数据以及相关检测手艺的开发。。。。。。。

HRTMCs 除了具备优异的室温强韧性和优异高温强度外，，，，，，，，还更多关注蠕变性能、断裂韧性及疲劳性能，，，，，，，，这些是 TMCs 在航空航天等极端情形服役时必需思量的要害性指标。。。。。。。应思量增强体、响应构型漫衍以及变形参数对综合性能的影响，，，，，，，，从而优化复合质料设计、制备及加工。。。。。。。与此同时，，，，，，，，必需解决钛基复合质料检测、无损探伤等要害难题，，，，，，，，这关于加速 HRTMCs 应用具有显著意义。。。。。。。

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