1、金屬間化合物微疊層復合材料（Metal-Intermetallic-Laminate，簡稱MIL）是依據仿生學原理，模擬自然界中貝殼的結構，以高硬度、高彈性模量的金屬間化合物作為強性層與塑性、韌性較好的金屬交替疊加獲得的新型層狀復合材料。微疊層復合材料通過較小的層間距和多界面效應，能夠有效提高金屬間化合物的斷裂韌性以及抵抗裂紋擴展的能力，使其成為具有低密度、高強度、高比模量、高韌性等優(yōu)異性能的結構功能一體化復合材料。微疊層復合材料有望在

2、空間碎片超高速碰撞防護、地面輕型裝甲車、武器裝備防護和航空航天等領域獲得應用。
　　目前為止，研究最廣泛的鈦基MIL材料僅由一種脆性金屬間化合物層構成，這種結構不僅不利于阻止裂紋的擴展，同時金屬間化合物/金屬層之間較大的力學性能差異將導致界面處產生應力集中。因此，為了充分發(fā)揮MIL材料的界面效應，進一步韌化MIL材料的化合物層，本論文針對具有多層金屬間化合物結構的鋁/鐵和鋁/鎳反應體系，利用不同的鐵基、鎳基合金箔材制備MIL材料，

3、通過掃描電鏡、X射線衍射儀、電子背散射衍射、硬度儀等分析手段，研究了合金化及高溫退火對鐵基、鎳基MIL材料中化合物層相組成、生長動力學、擴散織構以及界面性能的影響。
　　論文得出如下主要結論:
　　1.在Al與430-SS的固/固反應中形成了以硬脆性Fe2Al5相為主的金屬間化合物層;半固態(tài)反應獲得的化合物層主要為具有共晶結構的兩相層和含有富Cr相的均勻層構成的多層結構;在液態(tài)反應中，由于化合物層中的Fe、Cr元素不斷溶入液

4、態(tài)Al中，導致粗大的Fe4Al13和Al2Cr13初生相在Al層中形成，割裂了430-SS基MIL材料組織的連續(xù)性。結果表明，半固態(tài)反應工藝是制備鐵基MIL材料的最優(yōu)化工藝。
　　2.以純鐵、430-SS(Fe-Cr)和304-SS(Fe-Cr-Ni)為基的鐵基MIL材料不僅具有原材料成本低的優(yōu)勢，同時兼具多層金屬間化合物結構的特點。從Al/Fe，Al/430-SS到Al/304-SS反應，隨著Cr、Ni元素逐步參與反應，不僅在均

5、勻層中生成含Cr、Ni元素的第二相，而且促使韌性較好的兩相層在化合物層中所占的厚度比從430-SS中的約20％提升到304-SS中的約40％。合金化導致Al/Fe反應中由于快速擴散形成的<001>方向擴散織構在Al/430-SS和Al/304-SS反應中逐漸減弱。計算獲得的Al/Fe、Al/430-SS和Al/304-SS反應的擴散激活能分別為150kJ/mol、200kJ/mol和220kJ/mol。
　　3.高溫退火過程中在4

6、30-SS基MIL材料金屬/金屬間化合物層界面處形成了韌性的B2結構層以及Al濃度漸變的擴散固溶區(qū)域。這些顯微組織轉變降低了半固態(tài)反應中從硬脆金屬間化合物層到韌性金屬層間的硬度突變，減小鐵基MIL材料在變形過程中出現(xiàn)分層失效的幾率。利用擴散方程建立了濃度依賴條件下化合物成分與反應時間的動力學模型，使用有限差分法獲得了該方程的等效數值解。并證明了計算結果在預測高溫退火過程中化合物層厚度和濃度方面的可靠性。
　　4.在以純Ni、Inv

7、ar(Ni-Fe)和Inconel(Ni-Fe-Cr)為基的鎳基MIL材料中，形成的金屬間化合物層都具有多層結構。鐵、鉻等元素的合金化導致鎳基MIL材料的化合物層從純鎳的Al3Ni、Al3Ni2單相層轉變?yōu)镮nvar及Inconel中具有共晶結構的兩相共存層和組織均一細小的均勻層。顯微硬度測試結果表明，兩相層具有良好的韌性，與鎳基MIL材料多層結構特點相結合，能夠有效的抑制脆性裂紋在鎳基MIL材料中的生成和擴展。鎳基MIL材料中的多層結

8、構呈現(xiàn)出“混合動力學生長機制”，其中兩相層的生長受界面反應控制，而均勻層的生長受體擴散控制。
　　5.提出并證明了溶解度判定模型可以快速準確地預測三元及三元以上反應體系下鐵基和鎳基MIL材料中兩相區(qū)的相組成。計算了不同鐵基及鎳基反應體系中金屬箔材的生成率R;建立了初始箔材厚度和最終化合物層厚度間的函數關系:y=F(x,ρi，Wi)=ρAlx/∑μi·wi·ρi;并通過相應的實驗驗證了計算結果在當前反應體系中的可靠性。通過化學成分-