Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料的制備

Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料綜合了金屬間化合物Al3Ti的高溫強(qiáng)度及高蠕變抗力與韌性金屬Ti的高塑韌性等優(yōu)異性能，有望成為新一代高性能的輕質(zhì)航空航天結(jié)構(gòu)材料。研究表明，這種材料既擁有與陶瓷類似的防護(hù)性能，還兼?zhèn)浣饘倭己玫暮附印⑶懈钚阅?，可以代替輕質(zhì)鈦合金和陶瓷作為抗沖擊防護(hù)材料使用，而且與裝甲鋼相比可以大幅度降低防護(hù)裝置的質(zhì)量。發(fā)達(dá)國家多年前就已計(jì)劃將這種新型材料應(yīng)用于航空航天、武器裝備及地面戰(zhàn)車的裝甲防護(hù)系統(tǒng)，包括導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的大氣層攔截器和末段高空區(qū)域防護(hù)系統(tǒng)、水面艦船以及輕型裝甲車等關(guān)鍵部位的防護(hù)等。這種層狀材料的裝甲防護(hù)性能與裝甲鋼類似，但密度僅為裝甲鋼的一半。若將其運(yùn)用到空間飛行器、武器裝備或地面軍用車輛上，不僅可以提高設(shè)備機(jī)動(dòng)性和負(fù)載能力，還可大大提升設(shè)備的抗彈能力，延長設(shè)備生命力、提高機(jī)動(dòng)性和戰(zhàn)斗力。因此，研發(fā)Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料具有重大戰(zhàn)略意義。

然而，傳統(tǒng)的復(fù)合材料制備技術(shù)難以制備出低成本高性能的Ti/Al3Ti層狀復(fù)合材料，需要在其制備技術(shù)方面進(jìn)行研究。目前研發(fā)的制備方法主要有以下一些：

一，軋制復(fù)合法。又可分為單道次軋制法和累積疊軋復(fù)合成型兩種。單道次軋制包括冷軋復(fù)合+熱處理和熱軋復(fù)合兩種成形方式。經(jīng)冷軋+熱處理+熱壓的Ti/Al3Ti復(fù)合板材，其內(nèi)部的孔洞基本消除，且界面結(jié)合良好，可以制備出較大長度和寬度的制品。另據(jù)報(bào)道，先將Ti/Al箔片表面清潔干凈后包套封裝，加熱至950℃后熱軋，成功得到Ti/Al3Ti復(fù)合板材層狀復(fù)合材料，其強(qiáng)韌性十分優(yōu)越。累積疊軋復(fù)合法的主要過程是將板材疊合在一起，在一定溫度下以一定壓下量進(jìn)行軋制，重復(fù)進(jìn)行而使板材結(jié)合為一個(gè)整體。多次軋制引入大的累積應(yīng)變，一方面使基體和強(qiáng)化層的晶粒超細(xì)化，另一方面通過劇烈塑性變形的機(jī)械合金化效應(yīng)，提高異種金屬層間的結(jié)合強(qiáng)度。

二，熱壓擴(kuò)散復(fù)合法。將異種金屬箔片交替疊放，在高溫下施加壓力進(jìn)行擴(kuò)散連接，使層與層之間產(chǎn)生金屬鍵結(jié)合，最終形成疊層交替連接的致密組織結(jié)構(gòu)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:容易制備成整體大塊材料，能產(chǎn)生高質(zhì)量的界面，不需熔化母材，界面的力學(xué)性能能夠達(dá)到或接近母材力學(xué)性能。

三，爆炸焊接法。利用炸藥的爆炸力，在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)，使兩塊金屬板材在碰撞點(diǎn)附近產(chǎn)生達(dá)106~107/s的應(yīng)變速率和104MPa的高壓，從而實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接復(fù)合。由于加載壓力和界面高溫持續(xù)時(shí)間極短，焊合區(qū)的厚度常在幾十微米以內(nèi)。該法主要適合于單張面積較大且厚的復(fù)合板材產(chǎn)品。