[发明专利]一种制备金属封装金属间化合物基叠层复合装甲的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属封装金属间化合物基叠层复合装甲的新方法。

背景技术

金属间化合物基层状复合材料是在天然生物材料贝壳微结构和强韧化机理研究基础上发展起来的一种新型层状复合材料，由韧性金属和脆性金属间化合物组成。该类复合材料具有高强度、高模量、低密度的优异性能，还具有强大的吸收冲击功的能力，可作为超高吸能装甲防护材料，在航空航天、地面武器装备的装甲防护等诸多领域有着广阔的应用前景。

发达国家多年前就已计划将Ti-Al₃Ti金属间化合物基层状复合材料应用于航空航天、武器装备及地面战车的装甲防护系统。目前，国内外关于该种新型轻质装甲材料制备技术是真空热压烧结、无真空热压烧结、放电等离子烧结等。 20世纪90年代，Alman[1]、Rawers[2]、常云鹏[3-5]等人采用真空热压烧结法研制出Ti-Al₃Ti金属间化合物基层状复合材料。真空热压方法优点是界面结合牢固、无孔洞、可避免加工过程中材料氧化、材料组织结构均匀，但高温下长时间烧结会造成晶粒粗化、晶界污染等，而且真空条件成本较高，微叠层复合材料尺寸受真空室尺寸限制。加州大学Vecchio[6]、Patselov [7]、盖鹏涛[17]等人采用无真空热压烧结技术制备出了致密的金属间化合物基层状复合材料Ti-Al₃Ti。非真空热压制备方法对设备要求大大降低，热压炉不需真空系统, 缩减材料制备成本, 为材料商业化生产提供可能。但也存在一定局限性，如制备过程中会发生氧化反应，产生氧化膜，减缓元素 Ti 和 Al 的反应速率，进而影响材料性能。 Maier[9]、孙彦波[10]等人利用累积叠轧和后续热处理方法成功制备了Ti/Al 层状复合材料。这种方法对轧机功率要求高，轧制变形大，而且轧制后往往还需对材料进行后续热处理，但生产成本较低，可制备出较大长度和宽度的制品，因此，适用于大批量、卷状连续化生产。徐磊[11,12]采用热轧复合法，在950℃热轧制备出Ti-Al₃Ti层状复合材料。热轧复合法所需轧制力较小，对轧机要求不高，工艺比较简单，成本较低，而且制备出的复合材料界面处结合牢固，但是在制备过程中层间距、层厚比不容易控制，还易在界面上产生氧化物，影响复合材料的性能。热轧复合技术适用于小批量、多品种、块状生产。马 李[13,14] 采用电子束气相沉积法( EB-PVD) 制备了厚度为 0.12mm 的大尺寸 Ti/ Ti-Al叠层状复合材料。通过EB- PVD制备出的Ti/Ti-Al叠层化合物界面平直，但后续需热压处理。

由上述分析可知无真空热压烧结技术为Ti-Al₃Ti金属间化合物基层状复合材料商业化生产提供可能，但制备过程中会发生氧化反应，产生氧化膜，减缓元素 Ti 和 Al 的反应速率。

参考文献：

[1] Alman DE, Doĝn CP, Hawk JA, et al. Processing, structure and properties of metal⁃intermetallic layered composites [J]. Materials Science and Engineering A，1995，192：624-632；

[2] Rawers JC, Alman DE. Fracture characteristics of metal/intermetallic laminar composites produced by reaction sintering and hot processing [J]. Composites Science and Technology, 1995, 54 (4) 379-384；

[3]常云鹏， 哈金奋， 党超， 等. 金属间化合物基层状复合材料Ti-Al₃Ti制备及其力学行为 [C] //第 17 届全国复合材料学术会议论文集. 北京:北京中航时代文化传播有限公司，2012；

[4] Peng L M， Li H， Wang J H. Processing and mechanical behavior of laminated titanium⁃titanium tri⁃aluminide（Ti⁃Al 3 Ti）composites [J] . Materials Science and Engineering A, 2005,406 (1):309-318；