论文部分内容阅读
尽管陶瓷装甲在抗冲击方面具有明显优势,但其脆性大、韧性低的特点导致其抗多次打击能力严重不足。非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性的特点,预期具有优异的抗冲击能力。结合陶瓷和非晶合金的特点,并考虑三维联通网络结构的复合优势,本文将Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7非晶合金（Ti基非晶合金）与多孔SiC复合,制备出新型多孔SiC/Ti基非晶合金复合材料,预期在轻质装甲防护领域具有重要的应用前景。本文以Ti基非晶合金作为对比研究对象,重点研究了多孔SiC/Ti基非晶合金复合材料在动态载荷作用下的力学性能和变形断裂特征,以揭示该复合材料两相微观组织结构演化规律和损伤演化过程,评估其抗冲击性能,分析其弹靶作用机理,为该复合材料在冲击服役环境下的应用奠定基础。主要研究结果如下:复合材料两相在三维空间上连续分布,均匀分布的SiC相可有效抑制非晶相中剪切带的形成,同时,非晶相可有效抑制SiC相中裂纹的萌生与扩展,这种两相相互约束的变形机制,显著提高了复合材料的承载能力。复合材料在准静态与动态轴向压缩加载的应变率范围内均表现为正的应变率效应,然而复合材料的动态压缩强度反而低于准静态压缩强度,在更大的应变率范围内表现为负的应变率效应,这是由于在动态压缩下裂纹不稳定扩展的加剧而引起的。如何限制裂纹的不稳定扩展是提高复合材料动态力学性能的关键。尽管复合材料在动态压缩下的破坏程度比准静态更为剧烈,然而其在两种加载条件下均呈剪切断裂与轴向劈裂的混合断裂模式。复合材料的动态硬度明显高于静态硬度,其动态脆性参数也高于静态。复合材料在静态和动态压痕加载下的变形、断裂特征并无显著差别,均表现为SiC相中形成了大量的裂纹而非晶相中形成了大量的剪切带,最明显的不同在于动态压痕加载下的变形行为比静态更剧烈。复合材料在动态压痕加载下形成三个不同的变形区,表现为靠近撞击点的剧烈变形区,剧烈变形区下方的放射状裂纹扩展区,以及远离撞击点的轻微变形区。这种变形特征与弹丸撞击下的相似。获得了Ti基非晶合金的关键冲击力学性能参数,其雨贡纽弹性极限（HEL）约为5.34GPa,层裂强度约为3.61GPa,这远远高于传统的轻质晶态金属材料。Ti基非晶合金在弹丸撞击下仍保持完全非晶态结构,并且冲击加载诱导的硬度降幅较低（8.8%）,这为获得具有抗多次打击能力的复合材料奠定了基础。靶试结果表明复合材料可抗3发弹丸打击,表现出优异的抗多次打击能力。首发弹丸打击时,发生了完全的表面驻留。表面驻留中发生的弹丸折断、复合材料弹性变形以及应力波衰减是三个主要的能量耗散过程。随后的弹丸打击时,表面驻留耗能能力下降,发生了弹丸侵彻复合材料的现象。弹丸的能量耗散不仅包含表面驻留耗能还有复合材料断裂、碎块飞溅以及对弹丸的侵蚀等过程。