模压工艺对活性毁伤材料密度和物化性能的影响

模压工艺主要影响活性毁伤材料试样的密度及物化性能。首先，分析模制压力对PTFE/Al和PTFE/Al/W两种典型活性毁伤材料试样性能的影响。试样由粉体混合物在V筒混料机中混合30 min后，在不同模制压力下压制成型，再经相同烧结硬化工艺制备而成。两种试样组分配比及模制压力如表3.5所示。

表3.5　不同材料组分配比及模制压力

PTFE/Al和PTFE/Al/W试样如图3.16和图3.17所示，试样直径D、高度H、体积V和密度ρ如表3.6所示。可以看出，模制压力较小时，两种试样颜色均较浅，高度较高。随着模制压力升高，试样颜色加深，且不同试样颜色分布更加均匀。当模制压力从5 MPa升高至80 MPa时，PTFE/Al试样高度从13.15 mm降低至9.27 mm，体积从880.16 mm3降低至638.89 mm3，对应材料密度从1.83 g/cm3增加至2.25 g/cm3。对于PTFE/Al/W试样，当模制压力从20 MPa升高至250 MPa，试样高度从9.84mm降低至9.09 mm，试样体积从678.18 mm3降低至638.58 mm3，对应材料密度从4.42 g/cm3增加至4.62 g/cm3。

图3.16　不同模制压力下的PTFE/AI试样

图3.17　不同模制压力下的PTFE/AI/W试样

表3.6　不同模制压力材料试样特性参数

PTFE/Al试样的细观结构如图3.18所示。可以看出，模制压力为5 MPa时，试样细观结构呈现大量孔隙及裂纹，表明试样结构疏松，整体密度较低。当模制压力增大至20 MPa时，试样细观结构裂纹及孔隙有所减少，密度增加，但仍可从金属颗粒形状轮廓判断氟聚物基体与金属颗粒之间未形成紧密结合。当模制压力提高至50 MPa时，试样细观结构裂纹及孔隙显著减少，仅观察到少量金属颗粒脱落产生的孔洞，且难以从形状轮廓分辨出金属颗粒。当模制压力进一步提高至80 MPa时，除试样切割产生的破坏之外，可观察到试样细观结构均匀、密实、平整，无显著裂纹、孔隙，表明试样具有良好的致密性。

图3.18　PTFE/AI试样的细观结构

PTFE/Al试样的准静态应力-应变曲线如图3.19所示。可以看出，模制压力不同，试样力学特性差异显著。当模制压力为5 MPa、20 MPa和50 MPa时，所测应力-应变曲线先快速上升，达到强度极限后快速下降，试样发生失效破坏，表明试样呈脆性特征。当模制压力增大至80 MPa时，所测应力-应变曲线呈现典型的弹性段、塑性段和应变硬化效应。准静态压缩下，试样先发生弹性变形，应变约为0.1时，进入塑性段。塑性应力先随应变快速增加，然后随应变缓慢增大。应变超过1.1时，曲线持续上升，表明试样未发生破坏。(www.xing528.com)

准静态压缩后的PTFE/Al试样失效模式如图3.20所示。从图中可以看出，模制压力为5 MPa、20 MPa和50 MPa时，试样发生脆性破坏，形成不规则碎片。模制压力为80 MPa时，压缩后试样呈现为较薄圆饼状，形状规则，无显著破坏，表明试样弹塑性良好。这主要是因为，模制压力较低时，试样致密性较差，细观结构孔隙、缺陷较多，金属颗粒与基体结合不紧密。压缩作用下，细观缺陷和基体与颗粒界面处易产生破坏，并扩展至整个试样。模制压力升高后，试样致密性提高，细观缺陷减少，基体与颗粒结合增强，有利于载荷传递。

图3.19　PTFE/AI试样的准静态压缩应力-应变曲线

图3.20　准静态压缩后的PTFE/AI试样失效模式

PTFE/Al/W试样准静态压缩应力-应变曲线如图3.21所示。可以看出，当模制压力为20 MPa时，曲线呈典型脆性特征，失效应变约为0.05，失效应力约为12.78 MPa。模制压力增大至100 MPa和200 MPa时，试样由脆性变为弹塑性。模制压力进一步增大至250 MPa，试样的应变硬化效应增大。

图3.21　PTFE/AI/W试样的准静态压缩应力-应变曲线

准静态压缩后的PTFE/Al/W试样失效模式如图3.22所示。模制压力为20 MPa时，试样快速发生破坏，边缘出现断口，侧面呈45°裂纹。模制压力为100 MPa时，试样呈薄饼状，边缘开裂。模制压力进一步增大至200 MPa和250 MPa时，试样呈薄饼状，但未出现显著破坏，表明弹塑性良好。

图3.22　准静态压缩后的PTFE/AI/W试样失效模式