分段钨丝/锆基非晶复合材料穿甲试验研究

为了研究不同结构和材料弹芯的侵彻能力,实验中采用80%体积分数、钨丝/锆基非晶复合材料(钨丝直径0.3mm)弹芯,在1450-2100m/s范围内,对不同方案的弹芯垂直侵彻均质靶板进行了实验研究。根据实验结果可以发现：(1)材料的性能和结构都可以影响弹丸的侵彻效率,突破了传统认识,为复合材料杆式穿甲弹设计提供了重要依据;(2)弹芯结构不同,其侵彻深度-着靶速度变化曲线也是不同,对于两段和三段结构弹芯其侵彻曲线变化是凸的,其侵彻深度峰值分别出现在1750m/s~1800m/s和1850m/s附近,最大侵彻穿深均为x=1.7L;对于未分段弹芯,其侵彻深度-速度变化曲线呈渐进线变化,在速度大于1850m/s时接近于流体动力学极限穿甲深度L*(r_p/r_t)_1/2,约为1.5L;(3)结合单向纤维复合材料的动态破坏特点、动态裂纹传播和弹芯高速撞击的侵蚀速度特性,给出了最优分段概念,分析了(2)中发现的问题的原因,为分段弹芯结构设计提供了参考。     

速度和钨丝直径对钨丝/锆基非晶复合材料侵彻性能的影响

为了研究高速撞击条件下含不同直径钨丝/锆基非晶复合材料弹芯的侵彻特性,使用含有四种不同直径钨丝的复合材料弹芯在1000m/s~1600m/s的速度区间进行穿甲试验。研究发现：钨丝/锆基非晶复合材料弹坑直径比钨合金小10%以上,“自锐”效果明显;理想侵彻时,存在一个阀值速度,钨丝/锆基非晶复合材料在低于该速度侵彻时,其侵彻过程中的破坏模式为类似于贫铀合金的绝热剪切破坏,而高于该阈值速度时,破坏模式变成钨丝的屈曲、回流,而且该阀值速度随着复合材料中钨丝直径的增加而增加;钨丝/锆基非晶复合材料中钨丝的直径会影响着其侵彻过程中的稳定性,钨丝直径越大,该复合材料在侵彻过程中越容易出现劈裂等破坏,导致弹道偏转等。     

钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料及其塑性行为

采用渗流铸造法制备出了钨丝增强ZrAlNiCuSi块体非晶复合材料，在压缩条件下复合材料表现出弹性-完全塑性的应力-应变行为，和未复合的大块非晶相比，总应变量提高600%以上，非晶复合材料塑性提高的原因是钨丝阻碍了非晶基体剪切带的滑移，诱发多个剪切带的产生，同时滑移的面积增大的结果，复合材料的破坏方式与钨丝体积分数有关，在体积分数小于40%时一般为剪切破坏，大于60%时为纵向劈裂破坏，介于（40-60）%之间时，在钨丝与界面结合良好的情况下，趋于剪切破坏，否则为劈裂的破坏方式。     

体积分数对Wf／Zr基非晶复合材料准静态压缩特性的影响

系统研究了体积分数对钨丝增强Zr基非晶复合材料力学性能的影响。结果显示，在钨丝体积分数〈50％时，复合材料以剪切方式断裂为主，压缩强度和塑性应变随着体积分数的增加而增加；在体积分数≥50％时，复合材料以弯曲和劈开方式断裂为主，压缩强度随着体积分数的增加而继续增加，而塑性应变则开始降低。分析表明，钨丝体积分数的变化通过影响剪切带的形成而引起材料的力学性能发生变化。     

钨丝增强Zr基非晶复合材料动态力学行为及断裂特性

采用渗流铸造法制备出d6mm钨丝增强ZrTiCuNiBe非晶合金复合材料,并利用Hopkinson压杆冲击加载装置、X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等手段研究其动态压缩行为及断裂特性。结果表明：随着钨丝直径减小和体积分数的增加,材料的动态压缩强度增大;当钨丝直径为0．25mm,体积分数为60％时,材料的动态压缩强度高达2600MPa,断裂模式为剪切断裂和劈裂混合破坏模式,同时有钨丝与基体发生脱粘现象。非晶基体在动态压缩条件下表现出显著的热软化和熔化特征。     

大长径比钨丝/锆基非晶材料穿甲实验研究

针对80% Vf钨丝/Zr38Ti17Cu10.5Co12Be22.5非晶复合材料弹芯,在1300m/s~1700m/s撞击速度区间开展了侵彻30CrMnMo钢板实验研究,并与普通钨合金进行了对比。研究发现由这种材料制成的弹芯在高速侵彻时形成完全不同于钨合金和铀合金的侵彻特性,主要表现在：(1)在高速撞击条件下,钨丝/锆基非晶复合材料弹芯先后发生非晶气化、弹芯外侧钨丝屈曲和弯曲断裂、钨丝回流现象,使弹芯在侵彻过程中保持自锐,并且其侵彻能力高于普通93钨合金;(2)从弹、靶的破坏分析可知,这种复合材料在高速侵彻过程中形成自锐的同时,由于非晶气化,一方面会造成钨丝的动态屈曲与劈裂、弹芯刚度降低、侵彻分叉,会使侵彻过程中靶板抗力不对称,产生弹道弯曲等现象,相对减弱自锐性效果;另一方面,非晶气化导致回流的钨丝在弹坑侧壁产生沟槽划痕,气化形成的高压气体作用在弹坑划痕沟槽处易形成贯穿性裂纹,利于二次杀伤。     

高应变速率下钨丝增强锆基块体非晶合金复合材料的变形行为

利用压力浸渗制备出钨丝增强Zr_(41．25)Ti_(13．75)Ni_(10)CU_(12．5)Be_(22．5)块体非晶合金复合材料,采用应变速率为1×10~(-4) s~(-1)的准静态压缩实验及应变速率为2×10~3s~(-1)的动态压缩实验的方法,研究了在动载荷作用下该复合材料的力学性能．结果表明,准静态压缩时,复合材料的强度约为1980 MPa,与单一块体非晶合金相比并无显著提高．而塑性提高约5倍,达到11．5%;动态压缩时,复合材料的最大抗压强度升至约2648 MPa,塑性则在1．8%—7．5%之间,复合材料的应变速率敏感指数为0．022．在准静态压缩下,复合材料的抗压强度受到残余热应力及钨丝失稳弯曲极限压应力的影响;在动态压缩下,除了热应力的影响外,还受到钨丝剪切断裂以及复合材料正弦型弯曲行为的影响．后两者使复合材料的抗压强度在动态加载条件下升高．     

浸渗温度对Wf/Zr非晶复合材料界面及压缩性能的影响

用逆向浸渗工艺制备了直径为0.5mm的钨丝增韧Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶复合材料。研究了浸渗温度对复合材料界面状态以及压缩性能的影响。当浸渗温度分别为1000、1100和1200K时,复合材料的界面结合分别为机械结合、机械结合与冶金结合共存和反应结合形式。较低的浸渗温度会造成界面结合强度不足,过高的浸渗温度导致钨丝脱熔而形成界面反应产物,二者均对Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶复合材料的压缩强度和变形行为产生不利影响。在1100K浸渗时、保温30min获得的W/Zr块体非晶复合材料具有2409MPa的最高压缩强度和19.5%的塑性变形能力。     

W骨架/Zr基非晶合金复合材料细观胞元重构

采用两点概率函数提取W骨架/Zr基非晶合金复合材料的统计特征并重构代表体积单元。结果显示,两点概率函数可以良好的描述复合材料的微细观几何结构特征,并给出了材料呈宏观各向同性的理论依据;获得的代表体积单元与原材料图像拥有相同的几何特征和仿真分析结论,胞元尺寸仅为原材料SEM图像的2.2%,可有效提高有限元仿真的效率。该研究为W骨架/Zr基非晶合金复合材料的研究提供了途径。     

原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料的干摩擦滑动磨损行为

采用铜模喷铸法制备出直径为3 mm的原位β-Zr相/Zr非晶基复合材料,对其在干摩擦条件下的滑动磨损行为进行了研究。结果表明,与纯块状非晶合金相比,Zr基块状非晶复合材料的耐磨性能得到明显的改善。复合材料比纯块状非晶合金具有更低的摩擦系数和磨损速度,最低的磨损速度比纯非晶合金的减小48.1%。同时,包含一定体积分数β-Zr相的复合材料表面磨损比纯非晶合金的轻,只有一些浅的犁沟,其磨削小,显示出轻微的磨粒磨损特征,而纯非晶合金的磨损表面呈现出片状、分层、凸起及深的犁沟等特征,磨削大,为严重的磨粒磨损。复合材料低的磨损速度归因于铸态下析出的分布在非晶基体上的韧性β-Zr枝晶相的存在。该相具有较强的承载、塑性变形和加工硬化能力,通过减小界面处非晶基体的应力集中、释放应变能、限制剪切带和裂纹的萌生与扩展、使塑性变形更加均匀等途径提高耐磨性能。     

单向碳化硅短纤维增强玻璃陶瓷材料弯曲断裂行为的研究

制备了单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷的复合材料。研究了复合材料的弯曲断裂行为，以及相关的增强机制。结果表明．短碳化硅纤维可以有效提高玻璃陶瓷的断裂强度，纤维体积分数为30％时，沿纤维方向的平均弯曲断裂强度是基体材料的3倍：短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的弯曲应力-挠度曲线、以及断裂行为具有与长纤维复合材料类似的特征．其断裂方式为非灾难性断裂。单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的主要增强机制为纤维脱粘、纤维滑移、纤维桥接、纤维断裂与纤维拔出。     

Al3Zr/Al基原位复合材料等离子体焊接区的组织及表面腐蚀行为

摘要： 本文以5wt%Al3Zr/铝基复合材料为研究对象,以Ar气体为离子气体,Al-Ti-B为丝材进行等离子焊接。用电化学综合测试仪测定了焊接区在3.5%NaCl溶液中的腐蚀极化曲线。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对复合材料及其焊缝的组织和相组成进行了分析和表征,研究了Al3Zr/Al基复合材料等离子焊接后在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀机理。SEM分析结果表明,等离子弧焊接可获得较好的焊缝组织,焊缝组织主要由Al3Ti相和Al基体组成,Al3Ti相呈条状和球形。电化学极化曲线表明,材料在熔核处的耐蚀性略低于母材,焊缝处浸泡腐蚀机理为Al3Ti相和基体相的电极电位不同形成原电池反应造成。     

铜基大块非晶合金的压缩断裂行为

铜基大块非晶合金Cu52.5Ti30Zr11.5Ni6与Cu53.1Ti31.4Zr9.5Ni6（at％）具有高的抗压缩断裂强度（σc,f），分别为2212MPa和2184MPa；断裂伸长率（εc,f）分别为2．1％和2．2％。断口微观形貌分析表明，Cu基大块非晶合金具有3种不同类型的微观形貌，分别与断口的3个断裂扩展区域相对应。由于断裂沿着2个不同方向进行，条带型脉状网络的产生，使得Cu基非晶具有高的抗压缩断裂强度。     

Thermal Fatigue Behavior of SiC/MBAS Glass Coated Carbon/Carbon Composites

The thermal fatigue behavior of C/C composites coated with the SiC/MBAS glass (MoSi2 particle-containing boron aluminosilicate glass) coating, prepared by the two-step process of the pack cementation and procoating-sintering, was investigated in present paper. The experimental results indicated that the SiC/MBAS glass coating had an excellent thermal shock resistance in air at temperature up to 1873 K. During quick thermal cycle between 1873K and room temperature in air, the decrease of mass and mechanical ...     

Zr含量对(Al86Ni9La5)100-xZrx非晶合金热稳定性和腐蚀行为的影响

用单辊甩带法制备出组分为(Al86Ni9La5)100-xZrx(x=0,3,5,7,10)的合金薄带。用X射线衍射(XRD)仪和示差扫描量热计(DSC)对这些薄带的非晶特性和热稳定性进行分析;在0.01mol/L的碱性NaCl溶液中,对(Al86Ni9La5)100-xZrx(x=0,3,5,7)甩带试样的电化学腐蚀行为进行研究。结果表明,(Al86Ni9La5)100-xZrx(x=0,3,5,7,10)的合金薄带中,组分为(Al86Ni9La5)95Zr5样品的非晶热稳定性最好,随着Zr含量的增加,(Al86Ni9La5)100-xZrx的抗电化学腐蚀性能增强。     

Microstructure and Fracture Behavior of Zr55Cu30Al10Ni5 Bulk Metallic Glass and Its Composites Containing ZrO2

The microstructure and fracture behavior of Zr55Cu30Al10Ni5 monolithic glass and Zr55Cu30Al10Ni5 reinforced with 5%-7% ZrO2 particles composites have been studied. Vein-like pattern is the main fracture morphology of the matrix, while the smooth regions can be observed on the composites fracture surface besides vein-like pattern. The fracture strength increases from 1716 MPa to 2138 MPa after adding 7vol% ZrO2 particles with average particle size of 1 μm into the matrix, but the composites show no visible plasticity due to formation of Cu10Zr7 and CuZr phases in the matrix     

无压烧结ZnAl/Fe基非晶复合材料的导热性能研究

采用无压烧结制备韧性Zn Al颗粒增强Fe基非晶复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜、差热分析仪和激光闪射热导率测试仪分析了复合材料的结构、热稳定性及导热性能。结果表明:在过冷液相区内无压烧结可得到致密的Zn Al/Fe基非晶复合材料;Zn Al的引入没有影响Fe基非晶基体的本质;烧结过程中没有界面反应相生成;复合材料的热稳定性有所降低,但降低幅度不大;在298~423 K范围内,复合材料比Fe基非晶合金有更低的热传导系数,其热扩散系数随温度的升高变化不大,表明材料具有较好的保温性能。