1．目的及意义

1.1研究的目的及意义

陶瓷防弹材料主要通过对弹丸及其破片动能的有效吸收或分散来抵御各种攻击，相关力学行为的研究是世界军事、民用发展研究的热点课题。随着材料科学领域研究的不断深入，发现单质陶瓷的力学性能已经不能满足防弹领域的实际需求，而陶瓷复合材料的出现很好地解决了这一难题。以B₄C为基体的B₄C-T_iB₂作为一种新型的复合陶瓷材料，继承了B₄C基体陶瓷的高强度、高弹性模量等优异力学性能，同时兼顾了单质T_iB₂陶瓷所拥有的良好导电性能以及断裂韧性。陶瓷材料的破坏模式主要由分布于内部和表面的微观缺陷引起，从而导致其静动态压缩和拉伸力学性能之间存在较大差距。尽管，B₄C-T_iB₂复合材料和相应单质基体陶瓷的致密度、断裂韧性等方面已经取得了一定的研究成果，但衡量一种材料的抗侵彻能力往往涉及到更复杂的内容，比如高速撞击条件下复合材料将表现出怎样的力学响应等，故本次设计将着重研究B₄C-T_iB₂复合材料的动态力学性能。

1.2国内外的研究现状分析

碳化硼(B₄C) 陶瓷的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼，其综合性能优异且成本更为低廉， 是结构陶瓷的一种重要原料。由于B₄C是共价键结合的化合物，其晶界移动阻力大，固态时表面张力小，这些固有的特性决定了单相B₄C是一种极难烧结的陶瓷材料，而加入T_iB₂可以实现在相对较低的烧结条件下获得致密度高并拥有优异力学性能的B₄C-T_iB₂复合陶瓷产品。

相比于常用金属材料，陶瓷的强度、硬度、弹性模量更高，且属于典型的弹脆性材料。陶瓷的破坏形式主要由内部的微观缺陷所控制，例如微裂纹、微孔洞的存在使得陶瓷材料的破坏应变很小，当裂纹扩展到一定程度就会瞬间失效。这种破坏方式导致了陶瓷材料压缩和拉伸力学性能的极度不对称，且相应力学性能的测试要相比传统的金属材料更加困难。陶瓷材料准静态范围内的力学试验研究是揭示其力学性能的基本内容，相关研究比动态力学性能等方面开展得也早。1983年，美国ASTM 颁布了准静态条件下陶瓷材料的测试标准 C773，即采用与金属材料类似的圆柱形测试试样，这种试样的加工工艺简单，测试方式易于操作。随着工程陶瓷材料制作工艺的不断提升，试件的设计出现了多种多样的形式用以提高陶瓷强度测量结果的精确性。Lankford和 Tracy先后提出了一种骨头型的测试试样。

近年来，越来越多的研究人员希望通过建立材料微观模型来解释陶瓷的形变和率敏感性。Holland 和 Mc Meeking对于陶瓷材料在不同应变率条件下的力学性能和应力状态给出了基于微观结构的模型，并获得了单轴压缩材料的力学和微观性能及率敏感的断裂强度表征。Acharya 等对不同烧结形式的氧化铝陶瓷的动态压缩力学性能进行了研究，圆柱形试件端部增加轴向约束以减小应力集中的影响，通过 SHPB 加载实验数据和微观断面结构分析了陶瓷材料的强度和应变率效应。在国内，中国科学技术大学的李英雷、段士伟等人，北京理工大学的任会兰、段卓平等人，太原理工大学的张晓晴等人，国防科学技术大学的石志勇等人，湖南大学伍乾坤等人，中国地质大学高远飞等人对不同陶瓷动态力学性能进行了研究。综上所述，陶瓷材料的静、动态压缩力学性能测试的研究已经取得了一定的成果，但是仍然需要开展进一步的研究。例如，在实验设计方面，试件的尺寸设计和加载装置需要重设计以满足一维应力条件加载以及减弱应力集中现象的影响。

2. 研究的基本内容与方案

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 基本内容

（1）文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；