【摘 要】
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B4C以其高硬度,低密度的优良性能,在众多防弹陶瓷中脱颖而出,被认为是最理想的防弹装甲材料。但它的韧性很低,这极大地降低了B4C陶瓷的抗弹性能,也使得其不具备抗多发弹的能
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B4C以其高硬度,低密度的优良性能,在众多防弹陶瓷中脱颖而出,被认为是最理想的防弹装甲材料。但它的韧性很低,这极大地降低了B4C陶瓷的抗弹性能,也使得其不具备抗多发弹的能力。为了提高B4C陶瓷的韧性,进而改善B4C陶瓷的抗弹性能,材料工作者提出了许多可行的增韧途径,如纤维(晶须)强化、第二相颗粒弥散补强、层状复合陶瓷增韧等。然而,利用层状复合原理并结合第二相颗粒弥散增韧提高B4C陶瓷韧性的研究与报道却较少。为此,本文针对B4C陶瓷韧性低这一问题,选择TiB2/B4C-A1/B4C双层复合陶瓷为研究对象,研究了此新型层状材料的制备工艺、显微组织及力学性能,并针对层状材料有重要影响的界面组织进行了分析。本实验以B4C、TiO2和A1合金及碳黑为原料,采用手动混料和机械球磨混料相结合的方式进行混料,粉料经烘干和造粒后,在5.66MPa压力下模压成型,1900℃热压烧结,先制备出TiB2/B4C-B4C(多孔结构)的预烧体,最后经1100℃真空熔渗铝制备出TiB2/B4C-Al/B4C双层复合陶瓷,并对其组织及力学性能进行表征与测试。研究结果表明：合理的控制热压烧结和真空熔渗铝工艺对TiB2/B4C-A1/B4C双层复合陶瓷的制备至关重要。采用1500℃×1h+1900℃×1h的热压工艺和700℃×30min+1100℃×40min的真空熔渗铝工艺,成功地制备出TiB2/B4C-A1/B4C双层复合新型防弹陶瓷。采用XRD衍射、扫描电镜及透射电镜技术对该层状材料的显微组织进行了观察,结果表明：此新型双层复合陶瓷材料的界面结合完整；A1和B4C在1100℃以内发生界面反应,生成了A13BC相；高分辨TEM观察显示A1与B4C相之间、TiB2和B4C相之间的相界面结合良好。对此材料的力学性能进行测试表明：受力面为TiB2/B4C层或Al/B4C层时,双层复合陶瓷的抗弯强度分别为206.0MPa和416.3MPa；当切口开在TiB2/B4C层或A1/B4C层时,双层复合陶瓷的断裂韧性分别为4.7MPa.m1/2和4.8MPa.m1/2；TiB2/B4C层的维氏硬度为32.3GPa,A1/B4C层的洛氏硬度(HRA)为72.1。
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