CN110340349B - 一种复合装药结构的含能破片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合装药结构的含能破片的制备方法，属于含能材料、活性破片材料领域。本发明将钨粉/PTFE粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀；将均匀粉末置于定制模具中，预压成型，得到空心圆柱形预压件A；将铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，将均匀粉末填充入上述空心圆柱形预压件A中，预压成型；烧结，得到最终产品。该材料作为含能材料，在静态下非常钝感、安全，具有一定的韧性和强度，可直接机械加工，而在高速冲击作用下，发生剧烈的爆炸、燃烧，产生高热高温；作为破片材料，利用高动能，冲击爆炸后释放出的高化学能，可以对目标实施侵彻、内爆、纵火和超压的综合毁伤。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合装药结构的含能破片的制备方法，属于含能材料、活性破片材料领域。
背景技术
随着武器装备的升级换代，一种“冲击引发反应”的高能钝感含能材料、活性破片材料——金属/氟聚物复合含能材料正越来越受到人们的关注。作为含能材料，它区别于传统的炸药、烟火药剂，它是由两种及以上的非爆炸性固体烧结而成，静态下非常钝感、安全，且具有一定的韧性和强度，可以直接进行机械加工，而在高速冲击作用下，发生剧烈的爆炸、燃烧，产生高热高温；作为活性破片材料，利用高动能，以及冲击爆炸后释放出的高化学能，可以对巡航导弹、弹道导弹和战斗机等空中目标实施诸如侵彻、内爆、纵火和超压的综合毁伤，大大提高毁伤效果，被广泛地用于制造或改良破片和药形罩。
过去报道的金属/氟聚物复合含能材料大多以铝和聚四氟乙烯(Al/PTFE)作为主要成分，强度、密度和活性均较低。为了提高其强度、密度和活性，进一步提高侵彻和爆炸的威力，申请公开号为CN107142397A的中国专利向组分中加入了重金属，制备了活铝粉/钨粉/聚四氟乙烯复合含能材料，当钨粉质量分数为60％时，其密度可达到3.88g/cm3，动态强度极限能达到119.3Mpa。
发明内容
本发明的目的是为了提高现有金属/氟聚物复合含能材料的强度、密度和活性，进一步提高侵彻和爆炸的威力，提供了一种复合装药结构的含能破片的制备方法，该方法采用混粉、模压、烧结工艺，过程简单，无特殊工艺要求。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种复合装药结构的含能破片的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将钨粉和聚四氟乙烯(PTFE)粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀；其中，钨粉的质量为钨粉和PTFE粉总质量的70～90％；
步骤二：将步骤一所得的均匀粉末置于空心压药模具中，预压成型，得到模压件A；
步骤三：将铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，然后填充到步骤二所得的模压件A中，预压成型，得到成型试件B；所述铝粉的质量为铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的10～30％；所述钨粉的质量不大于铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的60％；所述聚四氟乙烯粉的质量为铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的20～75％；
步骤四：将步骤三得到的成型试件B进行烧结，得到含能破片。
步骤一及步骤四所述的混合时长为1h～5h。
步骤二及步骤五所述的预压压强为10～50MPa。
步骤四所述的烧结温度为360～390℃，烧结时长为2～4h。
有益效果
1、一种复合装药结构的新型含能破片的制备方法，采用常规的铝粉、钨粉以及聚四氟乙烯粉为原料，来源广泛，价格低廉；采用常规的混粉、模压、烧结工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。
2、本发明制备的一种复合装药结构的新型含能破片，相对于过去报道的铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)/钨粉破片，具有更高的强度、密度和活性，进一步提高侵彻和爆炸的威力。经过靶场试验，侵彻和爆炸的威力显著提高。
附图说明
图1是实施例1制备出的复合装药结构的新型含能破片以950m/s的初速撞击后的10mm玻璃纤维基防热材料板的综合毁伤效果照片；
图2是实施例2制备出的复合装药结构的新型含能破片以900m/s的初速撞击后的3mm陶瓷基防热材料板的综合毁伤效果照片；
图3是实施例3制备出的复合装药结构的新型含能破片以950m/s的初速撞击后的5mm碳碳化硅基隔热板的综合毁伤效果照片。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明做进一步说明。
实施例1
一种复合装药结构的新型含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层空心圆柱形模压件；
称量、混粉：各组份质量比为：钨粉/PTFE粉＝70/30，即称取钨粉70g，PTFE粉30g。置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末钨粉/PTFE粉置于空心圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，泄压，得到模压件A；
(2)制备复合装药结构的新型含能破片。
称量、混粉：各组份质量比为：铝粉/钨/聚四氟乙烯＝10/60/30，即称取铝粉10g，钨粉60g，聚四氟乙烯粉30g，分别置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末铝粉/钨/聚四氟乙烯装入上述圆柱形模压件A中空处，然后置于模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到成型试件B；
烧结：将上述脱模后的成型试件B置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为380℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，降温过程327℃保温2h，随炉冷却，得到一种复合装药结构的新型含能破片。
本实施例制备出的一种复合装药结构的新型含能破片的密度为5.31g/cm3，感度为0。试件在应变率6000/s下强度极限为297.51MPa，屈服强度为98.69MPa。以950m/s的初速撞击10mm厚的树脂板，发生爆燃，穿透靶板，如附图1所示。
实施例2
一种复合装药结构的新型含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层空心圆柱形试件；
称量、混粉：各组份质量比为：钨粉/PTFE粉＝80/20，即称取钨粉80g，PTFE粉20g。置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末钨粉/PTFE粉置于空心圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，得到模压件A；
(2)制备复合装药结构的新型含能破片。
称量、混粉：各组份质量比为：铝粉/钨/聚四氟乙烯＝20/20/60，即称取铝粉20g，钨粉20g，聚四氟乙烯粉60g，置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末铝粉/钨/聚四氟乙烯装入上述模压件A中空处置于模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到成型试件B；
烧结：将上述脱模后的成型试件B置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为380℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，降温过程327℃保温2h，随炉冷却，得到一种复合装药结构的新型含能破片。
本实施例制备出的外层金属基内层聚合物基的复合含能破片的密度为4.06g/cm3，感度为0。试件在应变率6000/s下强度极限为208.55MPa，屈服强度为92.69MPa。以900m/s的初速撞击3mm碳碳化硅基隔热板，发生爆燃，如附图2所示。
实施例3
一种复合装药结构的新型含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层空心圆柱形试件；
称量、混粉：各组份质量比为：钨粉/PTFE粉＝90/10，即称取钨粉90g，PTFE粉10g。置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末钨粉/PTFE粉置于空心圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，得到模压件A；
(2)制备复合装药结构的新型含能破片。
称量、混粉：各组份质量比为：铝粉/钨/聚四氟乙烯＝26/10/64，即称取铝粉26g，钨粉10g，聚四氟乙烯粉64g，分别置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；
模压：将上述混合均匀的粉末铝粉/钨/聚四氟乙烯装入上述试件A中空处置于模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长4min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到成型试件B；
烧结：将上述脱模后的成型试件B置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为380℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，降温过程327℃保温2h，随炉冷却，得到一种复合装药结构的新型含能破片。
本实施例制备出的一种复合装药结构的新型含能破片的密度为3.85g/cm3，感度为0。试件在应变率6000/s下强度极限为150.51MPa，屈服强度为87.53MPa。以950m/s的初速撞击5mm碳碳化硅基隔热板，发生爆燃，如附图3所示。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种复合装药结构的含能破片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：将钨粉和聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀；其中，钨粉的质量为钨粉和PTFE粉总质量的70~90%；
步骤二：将步骤一所得的均匀粉末置于空心压药模具中，预压成型，得到模压件A；
步骤三：将铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，然后填充到步骤二所得的模压件A中，预压成型，得到成型试件B；所述铝粉的质量为铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的10～30%；所述钨粉的质量不大于铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的60%；所述聚四氟乙烯粉的质量为铝粉、钨粉和聚四氟乙烯粉总质量的20～75%；
步骤四：将步骤三得到的成型试件B进行烧结，得到含能破片。
2.如权利要求1所述的一种复合装药结构的含能破片的制备方法，其特征在于：步骤一及步骤四所述的混合时长为1h～5h。
3.如权利要求1所述的一种复合装药结构的含能破片的制备方法，其特征在于：步骤二及步骤三所述的预压压强为10～50MPa。
4.如权利要求1所述的一种复合装药结构的含能破片的制备方法，其特征在于：步骤四所述的烧结温度为360～390℃，烧结时长为2～4h。
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