Ti Al3Ti层状复合材料的制备

Ti/Al3Ti层状复合材料综合了金属间化合物Al3Ti的高温强度及高蠕变抗力与韧性金属Ti的高塑韧性等优异性能，有望成为新一代高性能的轻质航空航天结构材料。研究表明，这种材料既拥有与陶瓷类似的防护性能，还兼备金属良好的焊接、切割性能，可以代替轻质钛合金和陶瓷作为抗冲击防护材料使用，而且与装甲钢相比可以大幅度降低防护装置的质量。发达国家多年前就已计划将这种新型材料应用于航空航天、武器装备及地面战车的装甲防护系统，包括导弹防御系统中的大气层拦截器和末段高空区域防护系统、水面舰船以及轻型装甲车等关键部位的防护等。这种层状材料的装甲防护性能与装甲钢类似，但密度仅为装甲钢的一半。若将其运用到空间飞行器、武器装备或地面军用车辆上，不仅可以提高设备机动性和负载能力，还可大大提升设备的抗弹能力，延长设备生命力、提高机动性和战斗力。因此，研发Ti/Al3Ti层状复合材料具有重大战略意义。
然而，传统的复合材料制备技术难以制备出低成本高性能的Ti/Al3Ti层状复合材料，需要在其制备技术方面进行研究。目前研发的制备方法主要有以下一些：
一，轧制复合法。又可分为单道次轧制法和累积叠轧复合成型两种。单道次轧制包括冷轧复合+热处理和热轧复合两种成形方式。经冷轧+热处理+热压的Ti/Al3Ti复合板材，其内部的孔洞基本消除，且界面结合良好，可以制备出较大长度和宽度的制品。另据报道，先将Ti/Al箔片表面清洁干净后包套封装，加热至950℃后热轧，成功得到Ti/Al3Ti复合板材层状复合材料，其强韧性十分优越。累积叠轧复合法的主要过程是将板材叠合在一起，在一定温度下以一定压下量进行轧制，重复进行而使板材结合为一个整体。多次轧制引入大的累积应变，一方面使基体和强化层的晶粒超细化，另一方面通过剧烈塑性变形的机械合金化效应，提高异种金属层间的结合强度。
二，热压扩散复合法。将异种金属箔片交替叠放，在高温下施加压力进行扩散连接，使层与层之间产生金属键结合，最终形成叠层交替连接的致密组织结构。这种方法的优点是:容易制备成整体大块材料，能产生高质量的界面，不需熔化母材，界面的力学性能能够达到或接近母材力学性能。
三，爆炸焊接法。利用炸药的爆炸力，在微秒级时间内，使两块金属板材在碰撞点附近产生达106~107/s的应变速率和104MPa的高压，从而实现异种金属的焊接复合。由于加载压力和界面高温持续时间极短，焊合区的厚度常在几十微米以内。该法主要适合于单张面积较大且厚的复合板材产品。
四，脉冲电流法。包括放电等离子烧结与焊接、等离子活化烧结与焊接、脉冲大电流扩散焊接等，其基本特征是脉冲大电流直接通过模具或样品，使样品温度快速升高，从而实现扩散成形。（钢研）