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本文以防护装甲为背景,以低成本和高断裂韧性为目标,利用压力浸渗法制备了45 vol.%和55 vol.%两种B4C/2024Al复合材料。研究了复合材料的界面和微观组织,测试了时效硬度、弯曲强度、断裂韧性、高温高应变速率下的压缩性能,并建立了压缩组织与性能之间的联系。利用剩余穿深法表征了两种体积分数复合材料的防弹性能,研究了靶板厚度、硬度和断裂韧性对复合材料防弹性能的影响,利用聚焦离子束(FIB)切取了弹坑底部的透射电子显微镜(TEM)试样,分析了弹着点微观组织损伤机理。X射线衍射分析(XRD)结果表明B4C/2024Al复合材料的物相组成主要包括B4C、Al3BC、Al2Cu以及Al。TEM观察发现B4C和Al之间为非共格界面,微米级的界面析出相Al2Cu主要依附B4C颗粒表面形成。Al3BC形貌呈棒状,长度在500 nm左右,由B4C-Al界面沿3Al BC[001]向Al基体中生长。时效硬度测试表明,复合材料时效峰不明显,达到硬度最高值所需时间随时效温度升高逐渐减少,130℃、160℃、190℃依次为100h、10h、3h。TEM观察表明,由于界面析出相Al2Cu在部分回溶过程中造成局部Cu元素的富集,改变了复合材料基体的析出相种类,使S′相和θ′相共同析出。时效B4C/2024Al复合材料的硬度可达315,三点弯曲强度可达887MPa,断裂韧性可达21MPa·m1/2。本文选取160℃时效10小时作为最佳时效工艺。高温、高应变速率压缩研究表明,45 vol.%和55 vol.%B4C/2024Al复合材料高温压缩性能规律一致,高温压缩流变应力均随温度升高而降低,275℃之下均表现为应变率不敏感或负敏感,275℃之上均表现为应变率正敏感。高温压缩后组织TEM观察表明,400℃以后准静态压缩基体组织中依次出现动态恢复和动态再结晶,而应变速率为1s-1的复合材料基体在高温压缩时始终是大变形动态回复的亚晶组织。用7.62mm穿甲燃烧弹测试了45 vol.%和55 vol.%B4C/2024Al复合材料的防护系数,结果表明,以603装甲钢作为背板,45 vol.%和55 vol.%的防护系数分别为3.61和3.25,与B4C+6061Al背板的防护系数相当。用7.62mm普通穿甲弹测试了45 vol.%和55 vol.%B4C/2024Al复合材料的防护能力,结果表明55 vol.%B4C/2024Al复合材料半无限靶在受到子弹侵彻后只形成了一个弹坑而没有发生碎裂,具有抵御多发弹的能力。对弹孔边缘的TEM观察表明,微观损伤形式为B4C颗粒中产生位错、微裂纹和开裂;对弹着点TEM观察表明,复合材料的变形规律为B4C的变形(多晶化)行为,以及Al基体的超细晶化。对弹头和弹坑的SEM观察表明:弹头与复合材料存在强烈的磨蚀作用,并因此使B4C颗粒转移到弹头表面。随复合材料靶板厚度增加防护系数呈现先下降后上升的规律。B4C/2024Al复合材料防弹作用包含钝化弹头、磨蚀弹体和塑性变形吸能三种机理。其中钝化弹头在各种靶板厚度下均起作用;磨蚀弹体自3mm厚度开始起作用,并随靶板厚度增加贡献逐渐加大,至5mm趋于稳定;塑性变形吸能机理约占整体防护作用的十分之一。