Ti_f/Al复合材料的准静态压缩性能及超高速撞击行为

论文摘要

本文以航天器的空间碎片防护为背景,设计并制备了15%和55%两种体积分数的Tif/Al复合材料。并利用二级轻气炮、热模拟试验机、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段分析和研究了两种Tif/Al复合材料的准静态压缩性能、15%与55%Tif/Al复合材料的抗超高速撞击性能、靶材的宏观损伤及微观组织,并总结了影响Tif/Al复合材料抗超高速撞击性能的因素,为抗高速撞击复合材料设计、制备及性能优化提供试验依据。在准静态压缩试验中,发现Tif/Al复合材料的压缩强度随着温度的上升而降低,随着应变率的增大而提高;另外,Ti纤维增强体的体积分数的增加也明显提高了Tif/Al复合材料的压缩强度。试验结果表明,15%Tif/Al复合材料在较低温度压缩时发生脆性断裂,而在250℃以上压缩时则出现墩粗现象,在组织内部出现再结晶现象。55%Tif/Al复合材料除550℃的试样外,其他试样据发生脆性破坏,这主要是由于含有较多的Ti-Al界面使得材料在大多数情况下发生脆性断裂。超高速撞击对两种体积分数的Tif/Al复合材料靶材的破坏作用主要是侵彻成坑和层裂,而55%Tif/Al复合材料靶材除上述情况外还会在冲击面及距冲击面距离较近的基体中形成大面积的界面开裂。超高速撞击试验中15%Tif/Al复合材料只在3mm弹丸以5.5km/s的速度撞击的情况下才会发生背崩现象。在弹坑底部Al晶粒塑性变形明显且有熔化痕迹,Ti纤维沿45°方向发生剪切断裂,大部分弹坑底部Ti纤维均发生塑性变形,由于Ti-Al界面的结合强度在冲击波产生的温升作用下下降明显,因此在基体中存在界面失效。所有试验数据都表明,超高速撞击形成的弹坑直径随着弹丸直径的增大和撞击速度的提高而增大。另外,弹坑底部的Ti纤维的绝人剪切带在55%Tif/Al复合材料中尤其明显,绝热剪切带中的微孔洞和微裂纹聚集长大,最终形成宏观缺陷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 空间碎片的概况
• 1.2.1 空间碎片的来源
• 1.2.2 空间碎片的分类
• 1.2.3 空间碎片的数量
• 1.2.4 国内外研究进展
• 1.3 空间碎片超高速撞击地面模拟实验技术
• 1.3.1 超高速发射技术
• 1.3.2 超高速发射速度测量技术
• 1.4 成坑的物理过程
• 1.5 超高速撞击损伤特性描述方法
• 1.5.1 正撞击损伤特性描述
• 1.5.2 斜撞击损伤特性描述
• 1.6 超高速弹丸撞击损伤的预测
• 1.6.1 厚板撞击成坑经验公式
• 1.6.2 薄板撞击穿孔经验公式
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 超高速撞击实验
• 2.2.2 激光测速技术
• 2.2.3 密度测试
• 2.2.4 准静态压缩测试
• 2.2.5 弹坑的宏观形貌观察
• 2.2.6 弹坑微观形貌观察
• 2.2.7 显微组织观察
• 2.2.8 透射电镜分析
• 第3章 准静态压缩性能及压缩后微观组织分析
• 3.1 引言
• 3.2 压缩对材料显微组织的影响
• 3.2.1 原始组织观察
• 3.2.2 压缩后的组织分析
• 3.3 材料的真应力—真应变曲线
• 3.4 复合材料在不同条件下的压缩性能
• 3.4.1 温度对压缩性能的影响
• 3.4.2 应变速率对压缩强度的影响
• 3.4.3 纤维增强体体积分数对压缩强度的影响
• 3.5 本章小结
• F/AL 复合材料的超高速撞击行为研究'>第4章 15%TI_F/AL 复合材料的超高速撞击行为研究
• 4.1 引言
• F/AL 复合材料的宏观损伤特征'>4.2 15%TI_F/AL 复合材料的宏观损伤特征
• 4.2.1 超高速撞击实验结果分析
• 4.2.2 弹坑的表面形貌
• 4.3 超高速撞击后靶材的微观组织
• 4.3.1 超高速撞击对复合材料基体的影响
• 4.3.2 超高速撞击后纤维增强体的损伤
• 4.3.3 绝热剪切带
• 4.5 本章小结
• F/AL 复合材料的超高速撞击行为研究'>第5章 55%TI_F/AL 复合材料的超高速撞击行为研究
• 5.1 引言
• F/AL 复合材料的宏观损伤特征'>5.2 55%TI_F/AL 复合材料的宏观损伤特征
• 5.2.1 超高速撞击实验结果分析
• 5.2.2 弹坑表面形貌
• 5.3 超高速撞击后靶材的微观组织
• 5.3.1 超高速撞击对复合材料基体的影响
• 5.3.2 超高速撞击对纤维增强体的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢