硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究

编号：CPJS04686

篇名：硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究

作者：赵忠民[1] ;彭文斌[1]

关键词：陶瓷/金属层状复合材料 离心反应熔铸工艺 梯度纳米结构界面 损伤失效 防弹性能

机构： [1]军械工程学院车辆与电气工程系,石家庄050003

摘要： 基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散，采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB2基陶瓷/Ti.6Al.4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构，且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(TiB2,TiC1.x)、Ti基合金相的尺寸和体积分数为特征的梯度纳米结构(微米.微纳米.纳米)复合界面。测试表明该复合材料层间剪切强度、弯曲强度、断裂韧性分别达到335MPa±35MPa、862MPa±45MPa和45MPa.m1/2±15MPa.m1/2。陶瓷/钛合金层间剪切断裂诱发TiB2、TiB棒晶的自增韧机制及有限的Ti基合金延性相增韧机制，使层间剪切测试与三点弯曲测试得出的载荷/位移曲线均呈现出近乎线性上升趋势。对TiB2基陶瓷、陶瓷/钛合金层状复合材料进行14.5军用制式穿甲弹DOP靶试，得出两种材料的平均防护系数分别为3.05和7.30。陶瓷/钛合金层间原位生成的梯度纳米结构复合界面不仅改善了陶瓷/钛合金之间声阻抗匹配，而且也使陶瓷/钛合金层间保持高的结合强度。陶瓷/钛合金层状复合材料遭受弹体冲击时，将诱发界面载荷传递与剪切耦合的双重效应，最终在表观上使陶瓷/钛合金层状复合材料的防弹性能得以显著提升。