[發(fā)明專利]一種圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)的Ti-Ti2AlC/TiAl3疊層復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910677302.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN110280769A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 原梅妮;姚宇航;韓方洲;魏澤源;鄭麗榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F7/04
• 分類號(hào): B22F7/04;B22F3/14;B22F3/23
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發(fā)明屬于裝甲防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)的Ti?Ti₂AlC/TiAl₃疊層復(fù)合材料及其制備方法，解決了背景技術(shù)中的問題，疊層復(fù)合材料包括間隔疊加的TC4箔材層和復(fù)合粉末層，復(fù)合粉末層由鋁粉和Ti₂AlC粉末組成，鋁粉和Ti₂AlC粉末的摩爾比為5:1~20:1，位于兩層復(fù)合粉末層之間的TC4箔材層上均開有數(shù)個(gè)圓柱通孔，相鄰兩塊TC4箔材層上的圓柱通孔交錯(cuò)設(shè)置。用Ti₂AlC增強(qiáng)Ti?TiAl₃疊層復(fù)合材料，能顯著改善Ti?TiAl₃疊層復(fù)合材料的微區(qū)硬度、斷裂韌性、壓縮性能，圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)有利于制備時(shí)殘余應(yīng)力的釋放，使層與層之間連接更加緊密，也可有效提高復(fù)合板的韌性和吸能特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于裝甲防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及裝甲的制備材料，具體為一種圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)的Ti-Ti₂AlC/TiAl₃疊層復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近幾年來，研究人員通過對(duì)天然生物材料貝殼微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)韌化機(jī)理的研究，發(fā)展了新型金屬間化合物疊層復(fù)合材料。其中Ti-Al系金屬間化合物疊層復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比剛度、高比模量、高吸能等優(yōu)良性能，在電子器件工業(yè)、航空航天、裝甲防護(hù)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如常用的Ti-TiAl₃疊層復(fù)合材料。但Ti-TiAl₃（密度約為3.26g/cm³、維氏硬度為5.5GPa左右）疊層復(fù)合裝甲抗侵徹能力有限，受到?jīng)_擊、爆破易產(chǎn)生較大裂紋，難以應(yīng)對(duì)如今新型的穿甲彈、碎甲彈等，因此用其作為裝甲進(jìn)行防護(hù)具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決背景技術(shù)中的問題，提供了一種圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)的Ti-Ti₂AlC/TiAl₃疊層復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)的Ti-Ti₂AlC/TiAl₃疊層復(fù)合材料，包括間隔疊加的TC4箔材層和復(fù)合粉末層，所述疊層復(fù)合材料的最外層為TC4箔材層，所述TC4箔材層的厚度為0.15~0.5 mm，所述復(fù)合粉末層的厚度為2~5 mm；所述復(fù)合粉末層由純度大于等于99.7%的鋁粉和純度大于95%的Ti₂AlC粉末組成，所述鋁粉和Ti₂AlC粉末的摩爾比為5:1~20:1，位于兩層復(fù)合粉末層之間的TC4箔材層上均開有數(shù)個(gè)圓柱通孔，且相鄰兩塊TC4箔材層上的圓柱通孔交錯(cuò)設(shè)置。

柔性三元陶瓷材料Ti₂AlC具有獨(dú)特的層狀晶體結(jié)構(gòu)與成鍵特性，兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，有較高的楊氏模量和剪切模量，被認(rèn)為是一類新型的高溫結(jié)構(gòu)材料，其熱膨脹系數(shù)與Ti-Al基合金接近，相鄰兩塊TC4箔材層上的圓柱通孔交錯(cuò)設(shè)置就是為了每一個(gè)圓柱通孔中的鋁粉能與周圍的鈦發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)Ti-TiAl₃，Ti₂AlC作為增強(qiáng)顆粒均勻分布在TiAl₃基體中，形成交錯(cuò)排列的鈦封裝Ti₂AlC/TiAl₃。用該柔性三元陶瓷材料Ti₂AlC增強(qiáng)Ti-TiAl₃疊層復(fù)合材料，能顯著改善Ti-TiAl₃疊層復(fù)合材料的微區(qū)硬度、斷裂韌性、壓縮性能，而且還能保持Ti-TiAl₃低密度特點(diǎn)；不僅能夠提高基體的高溫強(qiáng)度及蠕變性能，還能充分發(fā)揮層狀材料結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的作用。同時(shí)，圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)有利于制備時(shí)殘余應(yīng)力的釋放，也可有效提高復(fù)合板的韌性和吸能特性。圓柱交錯(cuò)堆疊結(jié)構(gòu)復(fù)合板的抗沖擊性能優(yōu)于單一材料的陶瓷板，在相同條件的子彈沖擊作用下，損傷程度小，不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性破壞，堆疊的結(jié)構(gòu)使裂紋擴(kuò)展具有偏轉(zhuǎn)作用，能有效耗散斷裂能量，獨(dú)特的層狀堆疊結(jié)構(gòu)能夠補(bǔ)償單層材料內(nèi)在性能的不足。其中Ti-Ti₂AlC/TiAl₃疊層復(fù)合材料的總層數(shù)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合決定所需強(qiáng)度來確定。