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

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335 MPa ±35 MPa、862 MPa ±45MPa和45 MPa×m1/2±15 MPa×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。

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

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分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金51072229;武器装备预研基金9140A12040213JB34001。

在线出版日期：2017-02-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：412-424