钨丝_非晶复合材料的制备方法和力学行为研究进展

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1、钨丝/非晶复合材料的制备方法和力学行为研究进展斐1，陈光1，王志华2，高度1姜(1.南京理工大学材料评价与优选设计教育部工程研究中心，江苏南京210094)(2.天津工业大学，天津300190)摘要：钨丝/非晶复合材料具有密度大、复合强度高和自锐特性，在侵彻方面具有很好的应用前景而备受关注。本文主要综述了国内外钨丝/非晶复合材料的制备方法和动静态力学行为，并提出了需要进一步解决的问题。关键词：钨丝/非晶复合材料；制备方法；力学行为中图法分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1002-185X(2011)S2-426-05力渗流法[11]。该方法为采用高压惰性气体，将液体合金压入增强物

2、预制件或装有增强物的坩埚中，制备出复合材料的一种方法；该方法最早是美国Alcoa公司于1960年发明，1970年获得专利授权。1998年，美国Johnson小组[1]最早把该方法经过改进应用于制备连续纤维增强非晶复合材料，其制备原理如图1所示，并成功制备了不同体积分数的钨丝或不锈钢丝增强Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料。这种真空渗流水淬法可以获得非晶基体的复合材料，但存在以下缺点：块体非晶合金虽具有一系列优异的性能，但作为结构材料，在室温承载失效时表现为宏观脆性、沿着单一主剪切带断裂，块体非晶合金的这种灾难性的断裂方式严重限制了其作为工程结构材料的

3、应用。为改善块体非晶合金的室温脆性、提高塑性，研究人员依据晶体材料中位错受第二相阻力而增殖的原理，在块体非晶合金中引入第二相来阻碍单一剪切带的扩展，促使多剪切带的产生。基于这种理论，块体非晶合金基复合材料诞生了。研究人员通过把块体非晶合金和金属基复合材料的制备技术相结合，从而获得了各种不同的块体非晶合金基复合材料，这些复合材料克服了单一块体非晶合金的室温脆性，强度和塑性都得到了大大的提高，可以满足作为工程结构材料的性能要求。自1998年，美国Johnson课题组的R.B.Dandliker等[1]采用渗流法制备了钨丝/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5复合材料，开辟

4、了纤维增强非晶复合材料的研究至今，人们已成功研制了4种不同纤维增强非晶复合材料，钨纤维[1-5]、铜纤维[6,7]、不锈钢纤维[2]、碳纤维[8-10]增强非晶复合材料，其中钨丝/非晶复合材料与其他3种纤维增强非晶复合材料相比，具有密度大、复合强度高和自锐特性，在侵彻方面具有很好的应用前景而备受关注[3,4]。本文通过对钨丝/非晶复合材料的研究现状分析，综述了钨丝/非晶复合材料的制备方法和动静态力学行为，并提出需要进一步开展的研究方向。QuartztubeClampIngotofmatrixmaterialThree-wayswitchingvalveReinforcementbundl

5、eToTovacuumargonpumpsupplyFurnace图1连续纤维/非晶复合材料的制备原理Fig.1Preparationprincipleofcontinuedfiberreinforcedmetallicglasscomposites[1]一是制备的试样长度和直径有限，长度和直径增大时，复合材料中倾向于产生更多的孔洞，而且试样中心的冷却速率不能满足生成非晶基体的临界冷却速率。Johnson的研究表明[2]，SEM观测所制备的钨丝体积分数为60%和80%的复合材料的孔隙率小于1%，1钨丝/非晶复合材料的制备方法钨丝/非晶复合材料的制备方法主要采用真空压收稿日期：2010-0

6、9-10基金项目：国家自然科学基金（50431030；50871054）作者简介：姜斐，男，1981年生，博士生，南京理工大学，江苏南京210094；通讯作者：陈光，教授，博士生导师，电话：025-84315159增刊2姜斐等：钨丝/非晶复合材料的制备方法和力学行为研究进展·427·而依据流体静力学称重和金相分析相结合的方法得到的孔隙率为(3±1)%；微观组织显示，钨丝周围存在晶态相，基体中存在体积分数为1%～5%的晶态相，这么小的体积分数在XRD测试中很不明显，复合材料的界面层的厚度大约为250nm。目前报道最大尺寸的钨丝/非晶复合材料是肖学山等[12]制备的尺寸为Φ20mm×200m

7、m复合材料棒，但试样中心存在少量孔隙，且钨丝附近有较多的晶态相析出。二是在制备大尺寸、高密度钨丝/非晶复合材料时纤维的装填困难，限制了纤维可装填的最大体积分数。ZhongHT等[13]采用反向熔体渗流法来制备连续纤维增强非晶复合材料，如图2所示。在石英管中，钨丝置于块体非晶合金之上，加热块体非晶合金形成熔体后，钨纤维在重力的作用下缓慢浸入块体非晶合金熔体中。Johnson等所采用的方法是熔体自上而下渗流到钨丝束中，而反向熔体渗流法则