摘要
钨(W)层状复合材料是提高钨的韧性的一种重要方法。增韧层和界面结构对其性能至关重要。钽以其高熔点和高塑性等特点被认为是理想的韧化层材料之一。然而，由于W/Ta层状复合材料的抗拉强度和断裂韧性都较低。为了进一步提高W/Ta层状复合材料的强度和韧性，本论文设计了在钨层和钽层之间添加Ti中间层，得到了一种W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料，可以大幅度的提高W/Ta层状复合材料的综合力学性能。在此基础上，研究了Ti中间层对W/Ta层状复合材料的微观组织和力学性能的影响规律。主要得到了以下结论： （1）扩散连接后，钛与钽之间的界面消失，此时界面为结合强度较弱的钨/钛界面，韧化层为钛/钽/钛层，形成的W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料可以大幅度改善W/Ta层状复合材料的综合力学性能。并且，随着Ti层厚度的增加，复合材料的抗拉强度、延伸率和弯曲强度均增加。 （2）不同厚度Ti层的W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的微观组织不同。当钛层厚度小于50μm时，钛层形成纯β-Ti和β-Ta固溶体。当Ti层厚度大于80μm时，钛层由靠近界面的β-Ti、β-Ta单相区和中间的β-Ti+α-Ti双相区组成。 （3）在扩散连接过程中，钨和钽元素都向钛层中扩散，扩散到钛层的钨和钽都可以起到稳定β-Ti和固溶强化的作用。但是，钨的固溶强化效果要远优于钽的。由于钛/钽/钛层的强度远大于钽层，使得W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的抗拉强度也远大于W/Ta层状复合材料的。这些复合材料的抗拉强度与考虑界面应力集中系数的混合模型计算结果吻合较好。 （4）W/Ta层状复合材料的断裂机制与W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的断裂机制有很大的不同。由于钨层与钽层之间的界面结合强度高，W/Ta层状复合材料通常不出现界面开裂现象，导致钽层的塑性变形受到限制，钨层中易出现隧道裂纹。而W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料易在钨/钛界面出现界面裂纹。界面的开裂使得钛/钽/钛层的应力状态由平面应变状态转变为平面应力状态，有利于该韧化层的的塑性变形，这使得W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的韧性远高于W/Ta层状复合材料的。 （5）W/Ta层状复合材料的DBTT在400℃左右，材料在400℃表现出了良好的塑性。当Ti中间层的厚度大于50μm时，可以降低材料的DBTT至200℃。并且，W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的抗拉强度和延伸率都大于W/Ta层状复合材料的。总体来说，随着温度的升高，W/(Ti/Ta/Ti)层状复合材料的抗拉强度先上升后下降，延伸率一直升高。
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