CN108727144B

CN108727144B - 一种磁性炸药及其制备方法

Info

Publication number: CN108727144B
Application number: CN201810579307.XA
Authority: CN
Inventors: 李忠友; 王鹏; 李彦荣; 曹仕瑾; 庞爱民; 熊伟强; 陈中娥; 张天福; 王宁
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2038-06-07
Also published as: CN108727144A

Abstract

本发明涉及一种磁性炸药及其制备方法，属于军用混合炸药技术领域，该磁性炸药包含下列质量百分比含量的组分：固体硬磁粉10～70％、主炸药20～90％及胶粘剂0～10％，其中，固体硬磁粉为永磁材料粉料，包括稀土永磁材料、金属永磁材料或铁氧体永磁材料中的一种或两种及以上的组合；本发明提供的磁性炸药通过加热固化、熔铸或压制成型，并在成型过程中加入外部磁场，使成型后的炸药具有高的最大磁能积和高的矫顽力。这类炸药具有永磁性，可以提高磁通压缩发生器的初始磁通量，从而显著提高磁压缩电流发生器的功率。

Description

一种磁性炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁性炸药及其制备方法，属于军用炸药技术领域。

背景技术

高功率微波武器(HPMW)是一种发射高功率微波，直接杀伤、破坏或使目标丧失作战能力的新概念武器，其主要攻击目标是雷达、通信、导航、敌我识别、计算机等电子设备以及武器控制及制导系统，能够击穿电子元件，烧毁敌方电子设备，永久地损坏电子系统。

高功率微波弹主要由初始电源、爆炸磁压缩发生器、脉冲形成网络、高功率微波发生器和微波发射天线五部分组成，

初始电源和爆炸磁压缩发生器组成了脉冲功率发生器，其目的分别是产生具有足够能量的大电流和高电压脉冲电流。脉冲电流通过脉冲形成网络经过调制，加到微波发生器上产生微波。最后，由天线定向发生出去。其能量转换方式为先将炸药的化学能转换为大功率低频电磁能，然后再转换成高功率微波电磁脉冲。爆炸式磁通量压缩发生器(FCG)是其中的关键技术之一。

爆炸磁通量压缩发生器(FCG)是一种利用炸药爆炸推动爆炸管(电枢)膨胀压缩初始磁通、将炸药化学能转变为电磁能的装置，其作用是产生高达数万安培以上的脉冲(微秒量级)大电流，在一些核武器物理研究及其他强磁场技术研究中也有应用。在爆炸磁压缩发生器工作的初始阶段，需要由事先充电的电容器组放电，在初始电感线圈中产生初始磁通。FCG最典型的结构是同轴FCG。

在同轴FCG中，用圆柱型的铜管作为电枢。铜管内充满了高能量的炸药，电枢被一个铜导线缠绕成的螺线管包覆，构成FCG的定子。定子线圈通常被分隔成段，段的边界线上用金属丝进行分叉，使得电枢线圈的电磁感应系数达到最优状态。为了避免产生的强烈电磁力可能造成其过早地破碎定子，在其外表面加装一个无磁性材料的结构包套。在空投炸弹或导弹战斗部的实际应用中，可以用环氧基的玻璃纤维或凯夫拉纤维(Kevlar)复合材料。

FCG典型的工作方式是当初始电流达到峰值时起爆炸药，起爆炸药需要一个能产生均匀平面爆轰波的平面波发生器。电枢内炸药中传播的平面爆轰波对电枢产生作用，使其变成圆锥的形状(通常是12～14°的锥角)。当电枢膨胀到与定子接触时，会形成定子线圈末端的短路，从而隔离和限制进入的初始电流。短路点的传播会压缩磁场，同时减少定子线圈的感应系数，从而在FCG中形成陡峭的脉冲电流，并在其破坏前达到峰值。

而目前研究的电枢内的炸药一般都是高能猛炸药，一般是B类与C类炸药的混合装药，有压装也有热固化成型的混合炸药。

FCG初始磁通越高，最终形成脉冲电流越大。而一般初始磁通是由事先充电的电容器组放电在初始电感线圈中产生的，增加初始磁通，需要的电容器组件越大。

同时，FCG在实际使用过程中会出现磁通损失，而磁通损失将直接影响FCG的能量增益。影响磁通损失的主要因素有：a.由于内电压击穿或磁通压缩区域部分地过早闭合成回路从而损失部分磁通；b.由于回路电阻的存在将减小电流幅值；c.存在渗透到FCG的元件内而不可收回的磁通；d.爆炸管与电感线圈短路点接触不良的区域将俘获去少量的磁通；这些因素的存在都会最终影响FCG的性能，需要通过改进增加磁通压缩区域的磁通量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供了一种磁性炸药，该磁性炸药通过熔铸、加热固化或压制成型，并在成型过程中加入外部磁场，使成型后的炸药具有高的最大磁能积和高的矫顽力；这类炸药具有永磁性，可以提高磁通压缩发生器的初始磁通，从而大幅度提高磁压缩电流发生器的功率。

本发明的另外一个目的在于提供一种磁性炸药的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种磁性炸药，包含下列质量百分比含量的组分：

固体硬磁材料10～70％；

主炸药20～90％；

胶粘剂0～12％；

其中：所述固体硬磁材料满足：矫顽力Hc＞10A/m。

在上述磁性炸药中，所述固体硬磁材料为粉末状材料，粒径小于20μm。

在上述磁性炸药中，所述固体硬磁材料为稀土永磁材料、金属永磁材料或铁氧体永磁材料中的一种或组合。

在上述磁性炸药中，所述固体硬磁材料为钕铁硼、铝镍钴、铁铬钴、钡铁氧体或锶铁氧体中的一种或组合。

在上述磁性炸药中，所述主炸药爆速为7000m/s以上。

在上述磁性炸药中，所述主炸药为三硝基甲苯TNT、奥克托金HMX、黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7或六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或组合。

在上述磁性炸药中，所述胶粘剂的质量百分比含量为3～12％；所述胶粘剂为橡胶、树脂或纤维材料。

在上述磁性炸药中，所述胶粘剂为聚氨酯橡胶、氟橡胶、环氧树脂或硝化纤维素中的一种或组合。

在上述磁性炸药中，所述聚氨酯橡胶为端羟基聚丁烯HTPB时，胶粘剂采用端羟基聚丁烯HTPB、癸二酸二辛酯DOS和甲苯二异氰酸酯TDI的组合物，所述组合物的质量百分比含量为3～12％。

在上述磁性炸药中，若主炸药是可熔铸的，则不使用胶粘剂。

一种磁性炸药的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、按照以下质量百分比含量称取原料：

固体硬磁材料10～70％、主炸药20～90％及胶粘剂0～12％；

步骤(2)、将步骤(1)所述原料混合均匀制成料浆或粉末；

步骤(3)、将步骤(2)所述料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状。

在上述磁性炸药的制备方法中，所述步骤(2)中将原料混合均匀制成料浆或粉末的具体方法如下：

方法1：若胶粘剂为液体橡胶或液体树脂，则采用所述液体橡胶或液体树脂对主炸药进行润湿包覆，然后加入固体硬磁材料粉末，混合均匀制成料浆；

方法2：若主炸药为可熔铸的，则将所述可熔铸的主炸药加热熔化，然后加入固体硬磁材料粉末，搅拌混合均匀，得到混合物；

方法3：若胶粘剂为固体橡胶、固体树脂或纤维，则采用挥发性溶剂将所述胶粘剂溶解制成胶液，然后用胶液对主炸药进行润湿包覆，再加入固体硬磁材料粉末，搅拌混合均匀后去除溶剂，得到干燥粉末。

在上述磁性炸药的制备方法中，所述步骤(3)中将料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状的具体方法如下：

将方法1中得到的混合料浆采用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的气体，然后放入磁场环境中加热固化成型；

将方法2中得到的混合物装入模具中，放入磁场环境中加热熔融取向，然后冷却成型；

将方法3中得到的干燥粉末装入模具中，在磁场成型压机中成型取向，压制成型。

在上述磁性炸药的制备方法中，所述步骤(3)中的磁场为两极相对(N/S)两块永磁体产生的磁场，或者为直流螺旋线圈产生的磁场。

在上述磁性炸药的制备方法中，所述固体硬磁材料为稀土永磁材料、金属永磁材料或铁氧体永磁材料中的一种或组合；所述主炸药为三硝基甲苯TNT、奥克托金HMX、黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7或六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或组合；所述胶粘剂为橡胶、树脂或纤维材料。

在上述磁性炸药的制备方法中，所述固体硬磁材料为钕铁硼、铝镍钴、铁铬钴、钡铁氧体或锶铁氧体中的一种或组合；所述胶粘剂为聚氨酯橡胶、氟橡胶、环氧树脂或硝化纤维素中的一种或组合。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提出一种新型磁性炸药，通过在混合炸药中加入一定量的硬磁材料，并通过成型工艺赋与炸药一定磁性，提高初始磁通，并使炸药发生爆轰时产生磁通量补偿，从而减少磁通的损失，显著提高FCG的能量性能。

(2)、本发明提供的磁性炸药及其制备方法，该磁性炸药通过熔铸、加热固化或压制成型，并在成型过程中加入外部磁场，使成型后的炸药具有高的最大磁能积和高的矫顽力；并且这类炸药具有永磁性，可以提高磁通压缩发生器的初始磁通，从而大幅度提高磁压缩电流发生器的功率。

(3)、本发明对形成炸药的固体硬磁材料、主炸药和胶粘剂的组分和配比进行优化设计和选择，并根据炸药种类和胶粘剂种类的不同采用不同的制备工艺，制备得到的磁性材料具有优异的永磁性能，可以显著提高初始磁通。

(4)、本发明提供的磁性炸药用于爆炸式磁通量压缩发生器(FCG)时，与普通炸药相比，该磁性炸药可以提供初始磁通，并在发生爆轰时产生磁通量补偿，可提高初始磁通5～30％，从而减少磁通的损失，有利于FCG的能量增加，提高整个系统的能量功率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供的磁性炸药包含下列质量百分比含量的组分：

固体硬磁材料粉末10～70％、主炸药20～90％及胶粘剂0～12％。其中，固体硬磁材料为一经磁化后难于退磁的材料，本发明中指矫顽力Hc＞10A/m的材料。胶粘剂优选为3～12％。

具体地，本发明实施中，固体硬磁材料为稀土永磁材料(如：钕铁硼)、金属永磁材料(如：铝镍钴和铁铬钴)或铁氧体永磁材料(如：钡铁氧体和锶铁氧体)的一种或两种及以上组合。固体硬磁材料粉末是粒径小于20μm的粉料。

具体地，本发明实施中，主炸药为军用猛炸药的一种或组合，如三硝基甲苯TNT、奥克托金HMX、黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7或六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或两种及以上组合。

具体地，本发明实施中，胶粘剂为混合炸药中起粘接、固定和填充作用的橡胶、树脂或纤维材料；比如聚氨酯橡胶、氟橡胶、环氧树脂或硝化纤维素中的一种或两种及以上组合；如果主炸药是可熔铸的，可以不用胶粘剂。

具体地，本发明实施例中，若聚氨酯橡胶为端羟基聚丁烯HTPB时，胶粘剂采用端羟基聚丁烯HTPB、癸二酸二辛酯DOS和甲苯二异氰酸酯TDI的组合物，组合物的质量百分比含量为3～12％。

本发明磁性炸药制备方法包括以下步骤：

步骤(1)、按照以下质量百分比含量称取原料：

固体硬磁材料粉末10～70％、主炸药20～90％及胶粘剂0～12％；

步骤(2)、将步骤(1)所述组份混合均匀制成料浆或粉末(造型粉)；

步骤(3)、将步骤(2)的料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状。

具体地，本发明实施例中，步骤(2)中将原料混合均匀制成料浆或粉末的具体方法如下：

(2.1)、若胶粘剂为液体橡胶或液体树脂，则采用液体橡胶或液体树脂对主炸药进行润湿包覆，然后加入固体硬磁材料粉末，混合均匀制成能浇注料浆；

(2.2)、若主炸药为可熔铸的，则将可熔铸的主炸药加热熔化，然后加入固体硬磁材料粉末，搅拌混合均匀，得到混合物；

(2.3)、若胶粘剂为固体橡胶、固体树脂或纤维，则采用易挥发性溶剂将胶粘剂溶解制成胶液，然后用胶液对主炸药进行润湿包覆，再加入固体硬磁材料粉末，搅拌混合均匀后去除溶剂，制成干燥物料粉末(造型粉)。其中易挥发性溶剂可以选用汽油、石油、乙酸乙酯、丙酮等。采用易挥发性溶剂将胶粘剂溶解制成胶液的质量浓度为10％～40％。

具体地，本发明实施例中，步骤(3)中将料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状的具体方法如下：

将方法(2.1)中得到的混合料浆采用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的气体，然后放入磁场环境中加热固化成型；

将方法(2.2)中得到的混合物装入模具中，放入磁场环境中加热熔融取向，然后冷却成型；

将方法(2.3)中得到的干燥粉末装入模具中，在磁场成型压机中成型取向，压制成型。

更进一步的，步骤(3)中磁场可以是两极相对(N/S)两块永磁体产生的磁场，也可以是直流螺旋线圈内部产生的磁场；优选采用直流螺旋线圈产生的磁场。

实施例1

本实施例提供了一种熔铸型磁性炸药：

1、磁性炸药配方参见表1：

表1一种熔铸型磁性炸药配方

2、磁性炸药制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：按照表1的配方称取原料；

步骤(2)：将原料中的TNT在90℃水浴加热下进行搅拌，使其完全熔化，然后将RDX及钕铁硼磁粉依次加入搅拌混合均匀；

步骤(3)：将混合好的物料倒入模具中，放入直流螺旋线圈套中固定，在线圈中通往直流电产生磁场，将物料冷却至室温得到成型炸药。

3、对制得的产品进行性能试验，试验结果如下：

本发明实施例制备的磁性炸药，最大磁能积为14.3kJ/m³，矫顽力为45.5kA/m；与普通的B炸药(TNT/RDX＝40/60)相比，用于爆炸式磁通量压缩发生器中，产生的初始磁通量增加了5％。

实施例2

本实施例提供了一种压装型磁性炸药。

1、磁性炸药配方参见表2。

表2一种压装型磁性炸药配方

2、磁性炸药制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：按照表2的配方称取原料；

步骤(2)：将原料中的氟橡胶用乙酸乙酯进行溶解制成质量浓度为15％的胶液；

步骤(3)：将制备的氟橡胶胶液加入到混合装置，然后加入主炸药HMX，进行搅拌混合均匀，混合过程中水浴温度保持65℃，使氟橡胶胶液均匀包覆于固体物料，再加入铁铬钴和钕铁硼粉末，待混合物料变成泥团状时，过16目筛网进行造粒。对得到的造型粉进行烘干处理，除去药粉中残留的乙酸乙酯，即得干燥的造型粉。

步骤(4)：将造型粉装入模具中，在磁场成型压机中成型取向，在比压200MPa下压制成型，即得成品。

3、对制得的产品进行性能试验，试验结果如下：

本发明实施例制备的磁性炸药，最大磁能积为54.3kJ/m³，矫顽力为83.5kA/m；与普通的钝化RDX炸药(RDX/粘结剂＝95/5)相比，用于爆炸式磁通量压缩发生器，产生的初始磁通量增加了30％。

实施例3

本实施例提供了一种浇注-固化型磁性炸药。

1、磁性炸药配方参见表3。

表3一种浇注-固化型磁性炸药配方

2、浇注-固化型磁性炸药制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：按照表3的配方称取原料；

步骤(2)：将HTPB、DOS加入到混合装置中，然后依次加入RDX、FOX-7，搅拌混合，使胶液均匀润湿包覆炸药；

步骤(3)：将钡铁氧体加入到混合装置中，搅拌均匀，加入TDI，混合得到具有流动性的药浆。

步骤(4)：将制备的料浆用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的气体，将模具中放入直流螺旋线圈套中固定，在线圈中通直流电产生磁场，在50℃下加热固化6天成型。

3、对制得的产品进行性能试验，试验结果如下：

本发明实施例制备的磁性炸药最大磁能积为18.3kJ/m³，矫顽力为34.5kA/m；与普通的浇注型RDX炸药(RDX/聚氨酯＝85/15)相比，用于爆炸式磁通量压缩发生器，产生的初始磁通量增加了18％。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种磁性炸药，其特征在于：包含下列质量百分比含量的组分：

固体硬磁材料10～70％；

主炸药20～90％；

胶粘剂0～12％；

其中：所述固体硬磁材料满足：矫顽力Hc＞10A/m；

所述固体硬磁材料为钕铁硼、铝镍钴、铁铬钴、钡铁氧体或锶铁氧体中的一种或组合；

所述磁性炸药在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状。

2.根据权利要求1所述的磁性炸药，其特征在于：所述固体硬磁材料为粉末状材料，粒径小于20μm。

3.根据权利要求1所述的磁性炸药，其特征在于：所述主炸药爆速为7000m/s以上。

4.根据权利要求3所述的磁性炸药，其特征在于：所述主炸药为三硝基甲苯TNT、奥克托金HMX、黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7或六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或组合。

5.根据权利要求1所述的磁性炸药，其特征在于：所述胶粘剂的质量百分比含量为3～12％；所述胶粘剂为橡胶、树脂或纤维材料。

6.根据权利要求5所述的磁性炸药，其特征在于：所述胶粘剂为聚氨酯橡胶、氟橡胶、环氧树脂或硝化纤维素中的一种或组合。

7.根据权利要求6所述的磁性炸药，其特征在于：所述聚氨酯橡胶为端羟基聚丁烯HTPB时，胶粘剂采用端羟基聚丁烯HTPB、癸二酸二辛酯DOS和甲苯二异氰酸酯TDI的组合物，所述组合物的质量百分比含量为3～12％。

8.根据权利要求1所述的磁性炸药，其特征在于：若主炸药是可熔铸的，则不使用胶粘剂。

9.一种磁性炸药的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)、按照以下质量百分比含量称取原料：

固体硬磁材料10～70％、主炸药20～90％及胶粘剂0～12％；

步骤(2)、将步骤(1)所述原料混合均匀制成料浆或粉末；

步骤(3)、将步骤(2)所述料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状；

所述固体硬磁材料满足：矫顽力Hc＞10A/m；

所述固体硬磁材料为钕铁硼、铝镍钴、铁铬钴、钡铁氧体或锶铁氧体中的一种或组合。

10.根据权利要求9所述的磁性炸药的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中将原料混合均匀制成料浆或粉末的具体方法如下：

11.根据权利要求10所述的磁性炸药的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中将料浆或粉末装入模具中，在磁场中采用加热固化、熔铸或压制方式制成所需要的形状的具体方法如下：

12.根据权利要求9～11之一所述的磁性炸药的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的磁场为两极相对N/S两块永磁体产生的磁场，或者为直流螺旋线圈产生的磁场。

13.根据权利要求9～11之一所述的磁性炸药的制备方法，其特征在于：所述主炸药为三硝基甲苯TNT、奥克托金HMX、黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7或六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或组合；所述胶粘剂为橡胶、树脂或纤维材料。

14.根据权利要求13所述的磁性炸药的制备方法，其特征在于：所述胶粘剂为聚氨酯橡胶、氟橡胶、环氧树脂或硝化纤维素中的一种或组合。