一种空间式高爆热储能破片的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种空间式高爆热储能破片的制备工艺，属于含能材料、活性破片领域。

背景技术

氟聚物基活性材料是非常重要的一种亚稳态结构。依靠其类爆轰效应，在击中目标时除了动能侵彻外，还有爆轰产生的高温、超压效应，对目标物进行极大程度的毁伤。储能破片，是对氟聚物活性材料的进一步创新。储能螺旋结构件装填在破片内部。在发射和飞行过载力的作用下，可使处于弱约束状态的毁伤单元发生结构破坏后释放储能破片，对薄铝板、纤维增强树脂、氧化铝陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、陶瓷基复合材料等薄壳结构具有优异的毁伤效果。

近年来以北京理工大学为首的研发团队，已经开发出一系列氟聚物基活性破片。氟聚物基体活性材料的综合性能十分优异，得到了科研人员的广泛关注。至此，已经有团队开始进行储能破片的研究。在单一储能破片的基础上，进一步扩大破片的毁伤威力，是一个相当有意义的课题。

发明内容

本发明的目的是为了进一步提高当前活性破片的毁伤能力，属于特种毁伤技术研究领域。

储能结构件的制备，我们在原有基础配方的基础上引入了氧化铁、氧化铜等物质，使其在侵彻、破坏时具有更大的爆热效应。本文采用核壳型纳米铝/氟聚物含能材料，制作步骤大体可以概括为表面功能化、液态氟橡胶包覆、大量聚四氟乙烯包覆。聚四氟乙烯在常温常压下几乎不发生溶解，氟橡胶可以在常温常压下溶于有机丙酮。这就为我们提供了一种很好的思路，通过氟橡胶的过渡，使得聚四氟乙烯与铝粒子实现良好的混合、包覆。后续通过装填、压装、烧结等工艺获得空间式高爆热储能破片。

有益效果

1.一种空间式高爆热储能破片的制备工艺，其特征在于其兼具高爆热效应和大毁伤面积毁伤效应。特征在于采用的材料为氟聚物基活性材料，活性高、感度低，安全性能高，可以满足我们各种加工需求。通过物理包覆的方法获得核壳结构的纳米铝/氟聚物材料，操作简单易行。

2.在储能材料的配方上，我们引入了一定配比的高爆热增效剂，增加了单个储能结构件的毁伤能力。在破片内部以双锥型结构立体式空间化装填在破片内部，极大得增加了毁伤效果。

附图说明

图1本发明储能结构示意图；

图2核壳机构纳米铝形貌；

图3本发明储能破片示意图；

图4是本发明制备出的一种空间式高爆热储能破片以1000m/s的初速撞击2mm厚的LY12铝板的综合毁伤效果照片；

具体实施方式

下面结合具体实施例与附图对本发明做进一步说明。

实施例1

一种空间式高爆热储能破片的制备方法，具体步骤如下：

原材料的具体配方如下，

C＝0.08％、Mn＝2.00％、P＝0.035％、S＝0.015％、Si＝0.75％、Cr＝18.00％、Ni＝8.00％、N＝0.10％、Fe＝41.02％、FeO＝30％。FeO作为一种高爆热型增效剂，使得在破片撞击目标时发生剧烈的铝热反应，使得破片内部的螺旋件也具有一定程度的能量释放效应。最终储能结构件不仅在结构上起到一定的作用，而且兼具高能毁伤的效果。我们采用一般的钢丝加工过程对储能结构件进行成型加工，将原材料进行烘干、涂层处理、热处理、拉丝等操作，得到螺旋型可伸缩构件。

(1)核壳结构纳米铝/氟聚物材料的制备

我们采用液态氟聚物对铝粒子包覆的方法获得纳米铝氟聚物材料。物理包覆相对于化学包覆方法，操作简单，可行性高，可实现大规模的生产。将磷酸2-羟基乙基甲基丙烯酸(PAM)加入到环己酮中，反应过程维持氮气气氛，不断搅拌2h。将氟橡胶分散到溶液中，搅拌2h。随后将金属粉分散到溶液中，最终得到浆料。将上述所得浆料通过2mm造粒机进行挤出造粒，将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为6℃，得到氟聚物包覆的纳米铝粒子。

(2)储能破片的制备

将上述混合均匀的粒料与聚四氟乙烯粉末，按计算的质量比加入到特制的成型模具中，随后合理装配储能结构件进行预压制。可伸缩螺旋形结构件按照“头对头”的结构分装到模具中，进行压制。压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长5min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到呈空间式分布的储能破片。后续需要进行烧结，将上述脱模后的成型试件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种空间式高爆热储能破片的制备工艺。

实施例2

一种空间式高爆热储能破片的制备方法，具体步骤如下：

原材料的具体配方如下，

C＝0.08％、Mn＝2.00％、P＝0.035％、S＝0.015％、Si＝0.75％、Cr＝18.00％、Ni＝8.00％、N＝0.10％、Fe＝36.02％、FeO＝35％。FeO作为一种高爆热型增效剂，使得在破片撞击目标时发生剧烈的铝热反应，使得破片内部的螺旋件也具有一定程度的能量释放效应。最终储能结构件不仅在结构上起到一定的作用，而且兼具高能毁伤的效果。我们采用一般的钢丝加工过程对储能结构件进行成型加工，将原材料进行烘干、涂层处理、热处理、拉丝等操作，得到螺旋型可伸缩构件。

(1)核壳结构纳米铝/氟聚物材料的制备

我们采用液态氟聚物对铝粒子包覆的方法获得纳米铝氟聚物材料。物理包覆相对于化学包覆方法，操作简单，可行性高，可实现大规模的生产。将磷酸2-羟基乙基甲基丙烯酸(PAM)加入到环己酮中，反应过程维持氮气气氛，不断搅拌2h。将氟橡胶分散到溶液中，搅拌2h。随后将将金属粉分散到溶液中，最终得到浆料。将上述所得浆料通过2mm造粒机进行挤出造粒，将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为6℃，得到氟聚物包覆的纳米铝粒子。

(2)储能破片的制备

混粉：各组分质量比为：纳米铝粒子/聚四氟乙烯＝30/70，即称取铝粉30g、聚四氟乙烯粉70g，烘干，置于全方位行星式球磨机中混合2h，转速200rpm/min，混匀；

模压：将上述混合均匀的粉末，双锥型储能结构件按计算的质量加入特制的成型模具中进行预压制，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长5min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到初步的储能破片；

烧结：将上述得到的储能破片置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到空间式立体化装填的高爆热储能破片。

实施例3

一种空间式高爆热储能破片的制备方法，具体步骤如下：

原材料的具体配方如下，

C＝0.08％、Mn＝2.00％、P＝0.035％、S＝0.015％、Si＝0.75％、Cr＝18.00％、Ni＝8.00％、N＝0.10％、Fe＝31.02％、FeO＝40％。FeO作为一种高爆热型增效剂，使得在破片撞击目标时发生剧烈的铝热反应，使得破片内部的螺旋件也具有一定程度的能量释放效应。最终储能结构件不仅在结构上起到一定的作用，而且兼具高能毁伤的效果。我们采用一般的钢丝加工过程对储能结构件进行成型加工，将原材料进行烘干、涂层处理、热处理、拉丝等操作，得到螺旋型可伸缩构件。

(1)核壳结构纳米铝/氟聚物材料的制备

我们采用液态氟聚物对铝粒子包覆的方法获得纳米铝氟聚物材料。物理包覆相对于化学包覆方法，操作简单，可行性高，可实现大规模的生产。将磷酸2-羟基乙基甲基丙烯酸(PAM)加入到环己酮中，反应过程维持氮气气氛，不断搅拌2h。将氟橡胶分散到溶液中，搅拌2h。随后将将金属粉分散到溶液中，最终得到浆料。将上述所得浆料通过2mm造粒机进行挤出造粒，将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为6℃，得到氟聚物包覆的纳米铝粒子。

(2)储能破片的制备

将上述混合均匀的粒料与聚四氟乙烯粉末，按计算的质量比加入到特制的成型模具中，随后合理装配储能结构件进行预压制。可伸缩螺旋形结构件按照“头对头”的结构分装到模具中，进行压制。压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长5min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到呈空间式分布的储能破片。后续需要进行烧结，将上述脱模后的成型试件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种空间式高爆热储能破片的制备工艺。

将上述的得到的储能破片以1100m/s的初速撞击2mm厚LY12铝板，得到毁伤效果作用图。最优的作用效果为示例2的方案。该实施例制备出的储能破片的密度为4.558g/cm3。活性含能结构件呈现塑性，在准静态下的屈服强度为22.582MPa,反应阈值为4500/s,在6500/s应变率下的屈服强度为50.055MPa。