[发明专利]钛封装陶瓷/Al3

说明书

本发明公开了一种钛封装陶瓷/Al₃Ti‑Al‑TC₄仿生叠层复合材料，将陶瓷粉末引入钛铝金属间化合物基叠层复合材料，以提高其抗侵彻性能。其制备方法为：首先用球磨工艺制备均匀混合的陶瓷和金属复合粉末，然后将TC₄箔、复合粉末、Al箔依次叠层，接着TC₄箔材封装，最后采用真空热压烧结工艺制备出钛封装陶瓷/Al₃Ti‑Al‑TC₄叠层复合材料。本发明将高硬度、低密度的陶瓷粉末引入钛铝金属间化合物中提高其硬度，借鉴鳞角腹足蜗牛具有机械性能放大作用的外壳结构，制备出具有脆/超硬‑韧‑软独特层状结构的叠层复合材料，使其具有优良的抗侵彻能力。而且本发明所述制备过程工艺简单易行，适于商业化生产。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体为一种钛封装陶瓷/Al₃Ti-Al-TC₄仿生叠层复合材料及其制备方法。

背景技术

金属间化合物叠层复合材料具有优异的高温韧性、抗蠕变能力、低温断裂强度、断裂韧度，是当前研究的热点。其中Ti- Al₃Ti叠层复合材料用高温金属Ti作韧化元素，能有效防止裂纹扩展，很好地克服了金属间化合物Al₃Ti脆性大这一缺点，从而使Ti- Al₃Ti叠层复合材料具有良好的损伤容限性能，但是值得注意的是Ti- Al₃Ti（密度约为3.26g/cm³、维氏硬度为5.5GPa左右）金属间化合物叠层复合装甲的性能参数对于装甲防护而言尚且不是最佳，其硬度低于标准穿甲弹弹丸的硬度（维氏硬度为8GPa左右）。故而其抗侵彻能力具有一定的局限性。B₄C等陶瓷具有极高的硬度（37.7GPa）和相对较低的密度（2.52g/cm³）。大量研究表明，将陶瓷引入复合材料可提高复合材料抗侵彻性能。目前常用的将陶瓷引入复合材料的方法是将陶瓷板与金属层胶结或者焊接。但是这两种方法陶瓷板与金属层结合强度低，在高速弹丸打击作用下，吸收弹丸能量的效果不明显，陶瓷板易破碎失效，缺乏二次抗击打能力。

在印度洋深处，生活着一种鳞角腹足蜗牛，其外壳坚硬无比，子弹难以击穿。鳞角腹足蜗牛外壳性能是自然界已存在的其他保护壳性能的数百倍，具有很强的机械性能放大作用。其外壳结构由硬质硫化亚铁层、有机层、文石层组成。当鳞角腹足蜗牛遭受攻击时，硫化亚铁层出现大量的微裂纹，使得攻击力量分散、消退；中间的糊状有机层随攻击力改变形状，且糊状有机材料会迅速进入文石层裂纹，避免裂纹扩展；文石层起加强作用。

本发明将陶瓷粉末引入钛铝金属间化合物Al₃Ti中，并借鉴鳞角腹足蜗牛具有机械性能放大作用的外壳结构，制造出具有脆/超硬-韧-软独特层状结构的叠层复合材料。

发明内容

本发明旨在提高钛铝金属间化合物叠层复合材料的抗侵彻性能并降低其质量。将陶瓷粉末引入钛铝金属间化合物叠层复合材料中，并借鉴鳞角腹足蜗牛具有机械性能放大作用的外壳结构，制造出具有脆/超硬-韧-软独特层状结构的叠层复合材料。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种钛封装陶瓷/Al₃Ti-Al-TC₄仿生叠层复合材料，由TC₄层1以下设置若干重复的叠层单元4后采用包套5封装；每个叠层单元4自上而下依次为陶瓷增强Al₃Ti层2、Al层3、TC₄层1。制备时，首先用球磨工艺制备均匀混合的金属陶瓷复合粉末，然后将TC₄箔、复合粉末、Al箔依次叠层，接着用20μm厚的TC₄箔材封装，最后采用真空热压烧结工艺制备出钛封装陶瓷/Al₃Ti-Al-TC₄叠层复合材料。

上述钛封装陶瓷/Al₃Ti-Al-TC₄仿生叠层复合材料的具体制备工艺如下：