硼锗酸盐玻璃陶瓷中通过前驱体控制实现CsPbBr3钙钛矿从团簇到纳米晶的转化研究

为解决钛基复合材料(TMCs)在高温振动环境下的疲劳断裂问题，研究人员通过等温锻造制备了TiB/TiC混杂增强的Ti6Al4V复合材料，系统研究了450℃下疲劳裂纹扩展(FCG)行为与纳米α变体选择机制。研究发现，随着应力强度因子幅值(ΔK)增加，TiB短纤维和TiC颗粒通过裂纹偏转、粗糙度诱导裂纹闭合(RICC)和微裂纹屏蔽效应，使高ΔK下的疲劳裂纹扩展速率(FCGR)较基体合金降低38%。同时，裂纹尖端复杂应力场促进了β相中纳米α变体的多态性析出，进一步抑制FCG。该研究为TMCs在极端环境下的可靠性设计提供了理论支撑。

　　

在航空航天、能源装备等高端领域，钛基复合材料(TMCs)因其优异的高温强度和抗蠕变性能，成为关键部件的首选材料。然而，长期高温振动环境下，疲劳断裂成为制约其服役安全的首要问题。传统研究多聚焦于室温性能优化，对高温疲劳裂纹扩展(FCG)机制的认识仍存在重大空白。更棘手的是，高温环境下材料塑性变形能力增强，氧化效应加剧，导致裂纹闭合行为与微观组织演变相互耦合，使得FCG过程呈现高度复杂性。中国工程物理研究院机械制造工艺研究所的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的最新研究，通过创新性地设计TiB/TiC混杂增强体系，揭示了高温疲劳裂纹扩展的多尺度调控机制。

研究采用等温锻造技术制备含6 vol.% TiB和2 vol.% TiC的Ti6Al4V复合材料，通过三点弯曲疲劳试验结合电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等表征手段，系统分析了450℃下不同应力强度因子幅值(ΔK)对FCG行为的影响。重点研究了裂纹尖端塑性区(CTPZ)演变、增强相与裂纹相互作用机制，以及β相中纳米α变体的选择规律。

FCGR与ΔK的关联性

研究发现，当ΔK<15 MPa·m^1/2时，基体合金的FCGR低于TMCs；但当ΔK>15 MPa·m^1/2后，TMCs表现出显著优势。这归因于高ΔK下TiB/TiC诱导的裂纹偏转效应增强，通过粗糙度诱导裂纹闭合(RICC)和微裂纹屏蔽，使FCGR较基体降低38%。

TiB/TiC的裂纹调控机制

通过循环塑性区公式2r_c=(1/8√2π)(ΔK/σ_y)²计算发现，TiB短纤维通过"桥梁效应"分散应力，而TiC颗粒则引发裂纹分支。两者协同形成三维裂纹扩展路径，大幅增加裂纹表面积耗能。

纳米α变体的多态性析出

裂纹尖端复杂应力场导致β相中呈现12种α变体的非均匀析出。研究表明，刃型/螺型位错(edge/screw dislocations)与自催化效应(auto-catalytic effects)共同促使变体选择遵循{0001}_α//{110}_β的晶体学关系，这些纳米α相进一步诱导β相内裂纹偏转。

该研究首次建立了TiB/TiC混杂增强-裂纹偏转-纳米α变体选择的级联调控模型，不仅证实了TMCs在高温振动环境下的服役可靠性，更通过揭示位错-相变-裂纹的交互作用机制，为发展新一代抗疲劳材料提供了理论范式。特别值得注意的是，研究提出的"高ΔK下增强相主导裂纹控制"策略，突破了传统材料在极端条件下性能衰减的瓶颈，对航空发动机叶片等关键部件的设计具有重要指导价值。