微观结构特性分析：理解真相

图6.1　PTFE/AI活性毁伤材料试样微细观结构

PTFE/Al活性毁伤材料典型微细观结构如图6.1所示，从图中可以看出，Al金属颗粒颜色明亮，均匀分散于基体材料中；PTFE基体材料为黑色或深灰色，分布连续且密实。不同组分配比PTFE/Ti/W活性毁伤材料微细观结构特征如图6.2所示，Ti颗粒呈近似球形，与PTFE基体材料之间边界清晰；W颗粒颜色较Ti颗粒更加明亮，形状不规则，与Ti颗粒形成一定程度团聚。

图6.2　PTFE/Ti/W活性毁伤材料试样微细观结构

在更高放大倍数下，不同密度PTFE/Al/W活性毁伤材料试样压缩前的细观结构特征及压缩后的失效断口特征如图6.3所示，图6.3（a）、（b）、（c）、（d）、（e）和（f）分别 表示密 度为2.74 g/cm3、4.43 g/cm3、5.28 g/cm3、6.15 g/cm3、7.52 g/cm3和9.27 g/cm3的活性毁伤材料。可以看出，压缩前，PTFE基体密实分布，与绝大部分金属颗粒结合良好，对金属颗粒形成包裹，通过彼此间黏结力使材料成为具有一定强度的整体。此外，还可观察到不同程度的细观结构缺陷，如尺度不一的缝隙、孔洞以及颗粒团聚等。缝隙与孔洞无固定几何形状，随机分布于试样结构中，团聚分为基体颗粒团聚和金属颗粒团聚两种。W颗粒尺寸较大，为不规则多面体，与基体界面处存在明显间隙或通过少量PTFE纤维连接；Al颗粒尺寸较小，在试样局部会形成明显团聚，松散堆积，与W颗粒之间连接较弱，加载下易产生滑移破坏。

图6.3　不同密度PTFE/AI/W试样压缩前（左）与压缩后（右）的细观结构(www.xing528.com)

图6.3　不同密度PTFE/AI/W试样压缩前（左）与压缩后（右）的细观结构（续）

不同密度PTFE/Al/W活性毁伤材料失效破坏模式主要包括两种，一是金属颗粒从PTFE中的脱黏剥离，二是PTFE基体自身断裂。对金属含量较低的活性毁伤材料体系，压缩初始阶段，PTFE基体首先发生塑性变形，然后金属颗粒逐渐聚集，材料内形成复杂力链结构。力链的形成与发展对材料强度起增强作用，即使材料细观结构已产生破坏并形成裂纹，力链的支撑作用仍会保证材料维持一定完整性，延缓材料宏观失效断裂的发生。随着PTFE塑性应变进一步增加，在外载荷作用下，孔隙、组分结合面等缺陷部位产生应力集中，材料内部微裂纹不断传播、会合，在材料内部形成更明显的裂纹。当金属含量更高、材料细观缺陷更多时，活性毁伤材料破坏首先在缺陷及金属颗粒团聚处产生。金属颗粒首先发生滑移脱黏，随后与PTFE基体剥离，在材料中形成贯穿裂纹。值得注意的是，在图6.3（b）和图6.3（e）中，材料断面之间形成的PTFE纤维在局部区域形成一定规模的PTFE纤维网络后，在压缩过程中会阻碍PTFE基体的开裂行为，在一定程度上提高活性毁伤材料强度。

以上分析表明，活性毁伤材料配方体系、金属含量、颗粒粒径等构成特性导致材料微细观结构较为复杂。制备过程又会导致材料细观结构产生裂纹、孔隙、不均匀性等，进一步增加细观结构特征复杂性。活性毁伤材料高应变率加载下的力化特性、动力学响应行为与材料细观结构特性关联紧密，因此深入研究细观结构特征与材料力化特性、动力学响应行为的关联性至关重要。