TiB2-TiB-Ti梯度材料的制備與力學(xué)性能研究.pdf

1、由于硼化鈦陶瓷具有很高的強(qiáng)度、硬度和彈性模量，鈦金屬具有很高的塑韌性，依照功能梯度材料設(shè)計(jì)思想，以TiBx-Ti構(gòu)成的梯度材料將同時(shí)具有上述兩種材料的優(yōu)異力學(xué)性能，而且由于材料中不存在明顯的界面，這種防彈材料理論上擁有極高的抗彈丸侵徹能力，在防護(hù)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。但是，相關(guān)的報(bào)道資料與上述理論預(yù)測并不一致。其中由于制備技術(shù)的限制，梯度材料的結(jié)構(gòu)并不合理被認(rèn)為是這種理論與實(shí)際不一致的主要原因。如何制備和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)完好的梯度材料是解決上述

2、問題的關(guān)鍵。
　　 本文以TiB2粉末和Ti粉末為原料，采用“分段燒結(jié)-連接”的方法在熱壓爐中制備了TiB2-TiB-Ti階層式梯度材料，分段燒結(jié)的方式最大程度地優(yōu)化了材料整體微觀結(jié)構(gòu)，保證了不同階層的力學(xué)性能。
　　 在利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)等分析測試手段研究和分析TiB2-TiB-Ti梯度材料的顯微組織及力學(xué)行為中獲得了如下結(jié)果:
　　 基于一種三組分、雙梯度的設(shè)計(jì)思想，通過化學(xué)

3、反應(yīng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)工藝控制，制備了TiB2-TiB-Ti梯度材料。結(jié)構(gòu)分析顯示，材料顯微結(jié)構(gòu)均勻，整體致密度均在96％以上，無明顯的宏觀缺陷。沿厚度方向，材料組分呈雙梯度變化，從TiB2到TiB，再到Ti。各層材料成分均勻，層與層之間沒有明顯的界面，表現(xiàn)出宏觀組織的不均勻性與微觀組織的連續(xù)性。
　　 從陶瓷向金屬方向進(jìn)行壓縮和彎曲測試力學(xué)性能結(jié)果表明，TiB2-TiB-Ti梯度材料的壓縮強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度分別為1296MPa和1059M

4、Pa，基本在理論預(yù)測范圍內(nèi)。沿材料厚度方向，硬度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度與彈性模量等基本力學(xué)性能均呈梯度性變化。
　　 對(duì)TiB2/TiB/Ti均勻復(fù)合材料的斷口分析表明，富TiB2層復(fù)合材料以沿晶和穿晶斷裂為主，呈典型的脆性斷裂特征;富TiB層以沿晶斷裂為主，為脆性斷裂;富Ti層以延性斷裂為主，宏觀上表現(xiàn)為塑性斷裂。TiB2-TiB-Ti梯度材料的斷裂表明，當(dāng)富TiB2層產(chǎn)生裂紋后，裂紋呈折線型向金屬端擴(kuò)展，在多個(gè)界面處發(fā)生偏轉(zhuǎn)，