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
发布时间：2021-06-06 18:42
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...
【文章来源】：现代技术陶瓷. 2016,37(06)
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
六边形陶瓷/钛合金层状复合材料样品Figure1HexagonalproductsoflaminatedcompositeofceramicandTi-basedalloy
透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料界面相结构和形态，采用TecnaiF30型透射电子显微镜高分辨系统观察了复合材料层间异相界面。根据国家军用标准(GJB5119-2002)，采用14.5mm军用制式穿甲燃烧弹以990±8m/s的着弹速对TiB2基陶瓷、TiB2基陶瓷/钛合金层状复合材料分别进行了DOP(DepthofPenetration)靶试，DOP靶体结构如图2所示。根据DOP靶试结果，根据以下公式计算出了两种材料的防护系数N：图1六边形陶瓷/钛合金层状复合材料样品Figure1HexagonalproductsoflaminatedcompositeofceramicandTi-basedalloy图2DOP靶体结构示意图Figure2SketchoftargetstructureforDOPtest
tPPPPN(2)式中，P0为14.5mm穿甲燃烧弹对603装甲钢的侵彻深度(约为41mm)；Pr为穿甲弹对603装甲钢后效板的侵彻深度，由于在靶试中靶体背板厚度较大，使得弹体未能击穿背板，故该值不予考虑；PC与PB分别为高强钢(30CrMnSiNi2A)面板与背板的侵彻深度(mm)；μ=PQ/P0=0.74为高强钢面板、背板相对于603装甲钢的穿深换算系数(其中PQ为14.5mm穿甲燃烧弹对高强钢的侵彻深度，约为30.4mm)；t为穿甲弹对靶体材料的侵彻深度(mm)；ρm为603装甲钢密度(7.85g/cm3)；ρc为靶板材料密度。图3实验制备出的陶瓷基体粉末XRD分析Figure3XRDpatternofthepreparedceramicmatrixpowder表2实验制备出的TiB2基陶瓷性能Table2PropertiesofthepreparedTiB2-basedceramicElasticmodulusE/GPaDensityρ/g·cm-3Vicker'shardnessHV/GPaFracturetoughnessKIc/MPa·m0.5Bendingstrengthσf/MPaAcousticimpedanceρC/1010kg·m-2·s-14754.3821.512.57585.042结果与讨论2.1陶瓷/钛合金层状复合材料界面结构与梯度演化XRD和FESEM分析表明，TiB2基陶瓷由TiB2基体相的微米或亚微米片晶、第二相的TiC无规则晶及少量的Ni基合金晶间相构成，如图3和图4所示。TiB2基陶瓷的弹性模量E、密度ρ、维氏硬度HV、断裂韧性KIC、弯曲强度σf及声阻抗ρC测试结果列于如表2。对TiB2基陶瓷中的裂纹扩展路径以及三点弯曲强度试样的断口形貌进行了FESEM观察，发现正是小尺寸TiB2片晶在断裂过程中诱发的裂纹钉扎、裂纹偏转、裂纹桥接及片晶拔出的增韧机制(图5、图6)，才使得该陶瓷具有高的断裂韧性与弯曲强度。图4TiB2-TiC-N
【参考文献】：
期刊论文
[1]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[2]超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷——Ti-6Al-4V多尺度多层次复合研究[J]. 赵忠民,张龙,王民权. 稀有金属材料与工程. 2013(S1)
[3]多层陶瓷复合轻装甲结构的抗弹性分析[J]. 杜忠华,赵国志,欧阳春,李文彬. 南京理工大学学报(自然科学版). 2002(02)
本文编号：3214935
【文章来源】：现代技术陶瓷. 2016,37(06)
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
六边形陶瓷/钛合金层状复合材料样品Figure1HexagonalproductsoflaminatedcompositeofceramicandTi-basedalloy
透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料界面相结构和形态，采用TecnaiF30型透射电子显微镜高分辨系统观察了复合材料层间异相界面。根据国家军用标准(GJB5119-2002)，采用14.5mm军用制式穿甲燃烧弹以990±8m/s的着弹速对TiB2基陶瓷、TiB2基陶瓷/钛合金层状复合材料分别进行了DOP(DepthofPenetration)靶试，DOP靶体结构如图2所示。根据DOP靶试结果，根据以下公式计算出了两种材料的防护系数N：图1六边形陶瓷/钛合金层状复合材料样品Figure1HexagonalproductsoflaminatedcompositeofceramicandTi-basedalloy图2DOP靶体结构示意图Figure2SketchoftargetstructureforDOPtest
tPPPPN(2)式中，P0为14.5mm穿甲燃烧弹对603装甲钢的侵彻深度(约为41mm)；Pr为穿甲弹对603装甲钢后效板的侵彻深度，由于在靶试中靶体背板厚度较大，使得弹体未能击穿背板，故该值不予考虑；PC与PB分别为高强钢(30CrMnSiNi2A)面板与背板的侵彻深度(mm)；μ=PQ/P0=0.74为高强钢面板、背板相对于603装甲钢的穿深换算系数(其中PQ为14.5mm穿甲燃烧弹对高强钢的侵彻深度，约为30.4mm)；t为穿甲弹对靶体材料的侵彻深度(mm)；ρm为603装甲钢密度(7.85g/cm3)；ρc为靶板材料密度。图3实验制备出的陶瓷基体粉末XRD分析Figure3XRDpatternofthepreparedceramicmatrixpowder表2实验制备出的TiB2基陶瓷性能Table2PropertiesofthepreparedTiB2-basedceramicElasticmodulusE/GPaDensityρ/g·cm-3Vicker'shardnessHV/GPaFracturetoughnessKIc/MPa·m0.5Bendingstrengthσf/MPaAcousticimpedanceρC/1010kg·m-2·s-14754.3821.512.57585.042结果与讨论2.1陶瓷/钛合金层状复合材料界面结构与梯度演化XRD和FESEM分析表明，TiB2基陶瓷由TiB2基体相的微米或亚微米片晶、第二相的TiC无规则晶及少量的Ni基合金晶间相构成，如图3和图4所示。TiB2基陶瓷的弹性模量E、密度ρ、维氏硬度HV、断裂韧性KIC、弯曲强度σf及声阻抗ρC测试结果列于如表2。对TiB2基陶瓷中的裂纹扩展路径以及三点弯曲强度试样的断口形貌进行了FESEM观察，发现正是小尺寸TiB2片晶在断裂过程中诱发的裂纹钉扎、裂纹偏转、裂纹桥接及片晶拔出的增韧机制(图5、图6)，才使得该陶瓷具有高的断裂韧性与弯曲强度。图4TiB2-TiC-N
【参考文献】：
期刊论文
[1]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[2]超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷——Ti-6Al-4V多尺度多层次复合研究[J]. 赵忠民,张龙,王民权. 稀有金属材料与工程. 2013(S1)
[3]多层陶瓷复合轻装甲结构的抗弹性分析[J]. 杜忠华,赵国志,欧阳春,李文彬. 南京理工大学学报(自然科学版). 2002(02)
本文编号：3214935
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