层状复合材料是将两种具有不同性能的材料以层状方式复合在一起而成的新型结构和功能材料。既可以保持原材料的性能优势,又能通过“互补效用”弥补两种材料的缺点从而获得比单一材料更加优越的物理、化学和力学性能。例如,在塑性较差的Al-B4C复合基体上包覆两层拥有极好塑性的纯Al或合金可以制成Al/(Al-B4C)/Al层状复合材料。本文针对传统粉末冶金法制备层状复合材料存在的工艺复杂、价格昂贵等问题,提出半连续铸造与较低温度下的热轧相结合的金属/金属陶瓷层状复合材料的制备方法——即:同时向半连续铸造结晶器内注入Al-B4C混合粉料和Al熔体,利用局部导热/绝热分隔挡板形成Al/(Al-B4C)复合界面,通过半连铸获得Al/(Al-B4C)/Al层状复合铸锭,通过对层状复合铸锭的低温热轧,得到Al/(Al-B4C)/Al层状复合板坯。此制备方法大大缩短了制备流程,提高了生产效率。通过使用高温接触角测量仪,对金属熔体与Al-B4C复合基体接触后的界面形成过程进行研究;在此基础上分别利用粉末热压工艺和静态铸造法探讨制备Al/(Al-B4C)/Al层状复合材料的可行性,确定可行的工艺参数范围,并探讨B4C颗粒尺寸、合金元素的添加对Al/(Al-B4C)/Al层状复合材料的性能影响。通过对半连续铸造过程中金属熔体与结晶器、金属熔体与Al-B4C复合基体之间的传热模型进行分析、计算,预测合理的半连续铸造工艺参数,进而使用半连续铸造-热轧技术制备Al/(7075-B4C)/Al层状复合板坯。对得到的层状复合板坯进行压缩性能、冲击性能和弹丸冲击性能测试,检测其在平缓载荷、冲击载荷以及高应变冲击载荷下的性能和界面结合。本文主要研究结论包括:使用高温接触角测量仪对半连续铸造过程中金属熔体与Al-B4C复合基体之间的界面形成过程进行模拟的结果表明,金属熔体能够向致密度较低的Al-B4C复合基体中直接渗透;而当金属熔体与致密度较高的Al-B4C复合基体接触后,金属熔体中的Si元素以元素扩散的形式进入到Al-B4C复合基体中,降低扩散区域Al-B4C复合基体的熔点并使其重熔,金属熔体与重熔区域发生混流、渗透并填充其中空隙。模拟结果表明,Al-10%Si金属熔体在与不同相对密度、不同B4C质量分数的Al-B4C复合基体接触后都可以形成牢固的冶金结合界面。对于半连续铸造过程中相对密度更低的Al-B4C复合基体也能够在与包覆层金属熔体接触过程中顺利形成复合界面。粉末热压法在制坯压力80MPa、中间层B4C质量分数40%、制备温度450℃时得到的Al/(Al-B4C)/Al层状复合压坯,其中间层相对密度93.1%、中间层平均维氏硬度114.79HV0.5,且B4C颗粒在整个中间层中分布均匀、弥散。利用静态铸造法,当包覆层纯Al熔体的浇注温度为740℃、中间层B4C质量分数40%时,制备出总厚度26mm的Al/(Al-B4C)/Al层状复合铸锭。在Al/(Al-B4C)/Al层状复合铸锭的轧制过程中,包覆率(层状材料包覆层厚度占总厚度的百分比)在复合板材总厚度减至3mm时达到61.23%的最大值,此时其相对密度达到最大。研究了 B4C颗粒尺寸对Al/(Al-B4C)/Al层状复合板坯的微观组织、性能的影响,得到了 Al/(Al-B4C)/Al层状复合板坯的布氏硬度随B4C颗粒的减小而增加;Al/(Al-B4C)/Al层状复合板坯的冲击吸收功随B4C颗粒尺寸的减小而减小的结论。在向Al-B4C复合基体中添加合金元素Mg之后,Al/(Al-Mg-B4C)/Al层状复合材料中间层的布氏硬度由48.7HB提高至95.3HB。合金元素的添加对Al/(Al-B4C)/Al层状复合材料的性能提高拥有积极意义。在半连续铸造Al/(7075-B4C)/Al层状复合铸锭过程中,通过对Al/(7075-B4C)/Al层状复合铸锭半连续铸造过程中金属熔体与连铸结晶器、金属熔体与中间层Al-B4C复合基体的传热过程进行分析、计算,得到包覆层Al熔体浇注温度740℃、铸造速度80mm/min、绝热材料厚度6mm等关键工艺参数;通过使用不同结晶器冷却水流量、不同铸造速度、不同金属熔体浇口位置进行半连续铸造实验,得到结晶器冷却水流量2.5m3/h、包覆层Al熔体浇注温度740℃、铸造速度80mm/min时,能够铸造出高质量的Al/(7075-B4C)/Al层状复合铸坯。将铣削加工后得到的120mm厚的Al/(7075-B4C)/Al层状复合板锭在450℃下热轧至总厚度为20mm时,得到的Al/(7075-B4C)/Al层状复合板坯的压缩强度为152MPa,平均冲击吸收功为283J。Al/(7075-B4C)/Al层状复合板坯冲击样品以及弹丸冲击试验样品在冲击试验后并没有发生层间开裂。