通过控制制备工艺参数，可有效调控活性毁伤材料力学性能，尤其是通过调控组分混合均匀性、模制压力、烧结温度-时间历程，可制备出全烧结弹塑性和半烧结脆性两类典型活性材料，以满足不同的工程应用需求。
两类典型活性毁伤材料的准静态压缩应力-应变曲线及力学参量表征方法如图4.6所示。脆性活性毁伤材料在准静态压缩载荷作用下的力学响应可分为弹性变形、塑性变形和失效破坏三个阶段。初始加载阶段，当应变较小时，应力与应变并非呈线性关系，应力随应变缓慢增加；随着应变继续增大，二者之间近似呈线性变化关系，此时材料处于弹性变形阶段；随着应力逐渐增大至活性材料屈服极限，材料进入塑性变形阶段；随着加载的继续进行，由于材料内部缺陷附近的应力集中在材料内部产生初始裂纹；一旦材料内部产生了初始裂纹，应力随应变的增大呈减小趋势，与此同时，裂纹沿材料塑性应变剧烈区域逐渐扩展，即此时材料进入失效破坏阶段。
图4.6 典型应力-应变曲线和力学参量表征方法
相比之下，弹塑性材料与脆性材料准静态力学响应的主要差别表现在塑性变形阶段之后。随着加载继续，弹塑性材料应力随应变的增大继续增大。通常情况下，材料在经过塑性变形阶段后，若应力下降，则认为该最大应力为失效应力，表征材料抗压强度。但烧结硬化材料应力随应变持续增加，因此难以通过应力-应变曲线判别烧结硬化后材料的失效应力应变。
（1）全烧结弹塑性活性毁伤材料。
全烧结弹塑性PTFE/Al/W活性毁伤材料制备过程包括组分干燥混合、冷压成型和烧结硬化三个工艺。首先，将已烘干脱水的PTFE粉、Al粉和W粉等组分按配比预混合后，再在V筒混料机中混合2～3 h；然后，在200 MPa压力下，对混合物进行模压，将其制成所需形状和尺寸的试样；最后，烧结硬化制备出实验用弹塑性活性毁伤材料试样。烧结过程为，先以不超过5℃/min的升温速率升至380℃温度，保温2～3 h后，停止加热，随炉冷却6～8 h。
四种实验PTFE/Al/W弹塑性材料组分配比如表4.1所示。通过准静态压缩试验的应力-应变曲线，得到不同配方材料的准静态力学特性参数，获得组分配比对弹塑性PTFE/Al/W活性材料力学性能的影响规律。
表4.1 PTFE/AI/W材料各组分配比
在应变率为0.001 s-1条件下，四种弹塑性PTFE/Al/W材料的准静态压缩应力-应变曲线如图4.7所示。可以看出，四种材料的应力-应变曲线均呈现明显的弹性变形和塑性变形阶段。在弹性变形阶段，应力随应变快速线性上升，进入塑性变形阶段后，应力继续上升，表明四种活性毁伤材料均具有显著应变强化效应。在塑性变形阶段，应力随应变线性增加部分可通过硬化模量表征。塑性段后，应力随应变线性增加，应力随着应变的增大加速上升。
图4.7 PTFE/AI/W材料的准静态压缩应力-应变曲线
压缩实验进行至工程应变达70％时停止，得到四种弹塑性活性毁伤材料的弹性模量、屈服强度、塑性模量、最大强度等参数如表4.2所示。
表4.2 PTFE/AI/W材料准静态压缩材料参数
基于Voigt和Reuss理论，四种配方活性毁伤材料的弹性模量预估值如表4.3所示。通过对比，P1、P3、P4配方的活性毁伤材料的弹性模量均位于理论预估上下限范围之内，而P2配方的活性毁伤材料弹性模量低于理论预估弹性模量的下限。这主要是因为实际材料的力学行为除了受各组分含量影响外，还和制备工艺、密实程度、均匀程度有关。四种配方材料在混合、模压和压制等过程均严格按照统一标准，但仍难以避免材料出现特性差异。P2配方试样在准静态压缩下弹性模量偏低，很可能是材料内部组分分布不均匀所致。
表4.3 不同配方PTFE/AI/W材料弹性模量理论预估值
在应变率为0.001 s-1的加载条件下，压缩至工程应变达70％时的四种配方试样如图4.8所示。从图中可以看出，在该压缩实验条件下，四种配方试样均被压缩成薄饼状，上下表面平整，边缘外鼓，试样表面未出现裂纹，边缘也未出现开裂，四种配方的活性毁伤材料均展现出了良好的韧性和塑性。(https://www.xing528.com)
图4.8 准静态压缩测试后的试样
（2）半烧结脆性活性毁伤材料。
与全烧结弹塑性PTFE/Al/W材料的试样制备工艺相比，半烧结脆性试样制备主要是烧结温度历程不同。温度先以不超过5℃/min升温速率升至330℃，保温10～20 min后，在空气中冷却至室温。PTFE熔化温度约为327℃，温度升至330℃处于熔化临界温度，经较短的保温时间，一是试样由表及里尚未充分熔化，二是冷却过程从无定形相向结晶相转变不充分，导致试样内金属粉体与基体之间未形成本体式结合，材料力学上呈现为显著的脆性。
三种配方脆性PTFE/Al/W活性毁伤材料如表4.4所示。准静态压缩所得的三种试样应力-应变曲线如图4.9所示。从图中可以看出，三种试样的应力-应变曲线均呈现为先迅速上升，经短暂屈服段后到达最大应力点，在出现塑性段之前，材料发生破坏失效，应力急剧下降，表现为显著的脆性。
表4.4 脆性活性材料配方
图4.9 脆性PTFE/AI/W材料的准静态压缩应力-应变曲线
图4.9 脆性PTFE/AI/W材料的准静态压缩应力-应变曲线（续）
另外，从图中还可以看出，在弹性阶段，三种试样应力-应变曲线有较好的一致性，但弹性段后，曲线出现较大的散布，同一配方试样抗压强度有显著不同。与B2、B3试样相比，B1试样的失效应力和应变较小，表明W颗粒对力学强度有一定增强作用。三种试样准静态力学性能参数如表4.5所示，可以看出，B2和B3试样力学强度相当，但B2试样失效应变比B3试样大，表明随着W颗粒含量增加，试样的力学强度并未显著增大，但塑性有所降低。
表4.5 脆性PTFE/AI/W材料准静态力学性能参数
准静态压缩后脆性PTFE/Al/W活性毁伤材料回收试样如图4.10所示，对比图4.8的弹塑性试样失效模式，两者存在显著不同。随加载进行，脆性试样首先产生与上表面呈45°的裂纹，随后逐渐形成纵向贯穿裂纹，并导致试样发生碎裂失效。进一步观察回收试样，失效断口整齐，彼此基本无连接。
图4.10 准静态压缩后脆性PTFE/AI/W材料回收试样
失效断口的细观结构特征如图4.11所示，从图中可以观察到回收试样裂纹断面处典型特征为金属颗粒无明显变形，断口端面整洁，断裂破坏起始于金属颗粒/基体界面处。这主要是因为，脆性PTFE/Al/W活性毁伤材料烧结温度处于PTFE熔化临界温度，而且保温时间较短，导致试样结晶度不足，特别是基体与金属颗粒之间未能有效形成本体式结合，从而展现为显著的脆性。
图4.11 脆性PTFE/AI/W静态压缩后的细观结构特征
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