CN110372461A - 一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法 - Google Patents

一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法 Download PDF

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吕席卷
束庆海
马仙龙
赵帅
石艳松
陈树森
金韶华
施瑞
吴启才
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Abstract

本发明涉及一种外层金属基内层炸药基的复合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/锆粉混合混匀；然后预压成型；烧结，得到空心圆柱形产品A；采用溶液水悬浮法进行NTO基混合炸药造型粉的制备。将混合炸药造型粉填充入上述空心圆柱形产品A中，压制成型，得到最终产品。本发明相对于过去报道的W/Zr破片，具有更高的活性，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。

Description

一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种外层金属基内层炸药基的复合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
钨合金破片由于其密度大，保持速度和穿甲的能力强，被日益广泛地用作杀伤弹药的杀伤元素。根据弹药战术使用的要求，往往希望破片在满足穿甲威力的同时还具有引燃或纵火功能，于是具有这一功能的新的钨合金材料-钨锆合金应运而生。钨锆合金是典型的含能材料结构材料，在室温下相当稳定，且具有较高的强度，而在冲击载荷作用下，钨锆合金中的锆基元素因受冲击而诱发化学反应，释放出大量的热量。利用该特性制备的钨锆合金破片，即可利用其强度来侵彻贯穿目标，又可利用其释能特性对目标产生附加的毁伤，最终显著提高毁伤效果。“不同配比W/Zr活性材料冲击反应实验研究”，刘晓俊等，《材料工程》，第4期，45卷，2017年4月，第77-83页公开了W/Zr活性材料是一种高强度脆性材料，其准静态压缩强度为1022～1880MPa，在受到强冲击载荷作用时会与空气发生剧烈反应并生成ZrO2，与金属/聚合物类活性材料冲击发生的爆轰效果不同，W/Zr活性材料的反应类似燃烧效果。
含能破片按作用方式分可分为爆炸型含能破片和燃烧型含能破片，爆炸型含能破片主要由受冲击作用可产生爆炸或半爆效果的低感度高能混合炸药组成，例如钝化黑索金(RDX)、8701炸药等。其能量的输出方式主要为爆轰波，因此这类含能破片对于各类来袭导弹的战斗部主装药能产生引爆毁伤效果。爆炸型含能破片中含能材料为炸药，对比于破片的工况条件，在驱动时需要承受高过载必须保证足够的强度和安定性，在毁伤目标时又必须具有一定的侵彻能力。因此炸药必须由高强度的惰性金属壳体包覆。其优点为壳体强度高、整体密度相对整体式大并且加工制备工艺简单，工程应用实现容易，缺点为单位体积所含化学能相对整体式低，含能材料装填有限。
发明内容
本发明的目的是为了进一步提高侵彻和爆炸的威力，提供了一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，该方法采用溶液水悬浮法进行NTO基混合炸药造型粉的制备，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。
一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将钨粉/锆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锆粉总质量的30～70％；
步骤二：将步骤一所得的均匀粉末置于定制的空心压药模具中，预压成型；
步骤三：将步骤二得到的预压成型试件进行烧结，得到产品A。
步骤四：采用溶液水悬浮法进行NTO基混合炸药造型粉的制备，氟橡胶作为粘结剂，NTO的质量占NTO和氟橡胶总质量的70％～90％。
步骤五：将步骤四所得的混合炸药造型粉填充至步骤三的产品A中空部分，再置于模具中，压制成型，得到复合含能破片。
步骤一所述的混合时长为1h～5h。
步骤二及步骤七所述的预压压强为10～50MPa。
步骤三所述的烧结温度为450～550℃，烧结时长为2～4h。
有益效果
1、一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，采用常规的钨粉、锆粉、氟橡胶粉以NTO为原料；采用常规的溶液水悬浮法进行NTO基混合炸药造型粉的制备，采用混粉、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、本发明制备的一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片，相对于过去报道的W/Zr破片，具有更高的活性，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。
3、本发明基于钨合金破片的强度和冲击载荷作用下能发生化学反应放出巨大能量的优势，结合爆炸性含能破片以冲击波方式产生引爆毁伤效果的特点以及当前装药壳体惰性的劣势，进一步提高侵彻和爆炸的威力。
附图说明
图1是实施例1制备出的外层金属基内层炸药基的复合含能破片以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制备出的外层金属基内层炸药基的复合含能破片以900m/s的初速撞击后的5mm酚醛树脂板的综合毁伤效果照片；
图3是实施例3制备出的外层金属基内层炸药基的复合含能破片以950m/s的初速撞击后的5mm陶瓷基防热材料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
一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层金属基空心圆柱形试件；
称量、混粉：各组份质量比为：钨粉/锆粉＝30/70，即称取钨粉30g，锆粉70g。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/锆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，泄压后脱模，得到模压件；
烧结：将上述脱模后的模压件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为450℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，随炉冷却，得到空心圆柱形试件A。
(2)制备外层金属基内层炸药基的复合含能破片。
混合炸药造型粉的制备：称取30g氟橡胶，加入适量的乙酸乙酯作为溶剂，在室温下搅拌，放置使其充分溶解，称取70g NTO放于玻璃烧杯中，并把NTO饱和水溶液倒入烧杯，用搅拌棒蘸取分散剂滴入烧杯，制成悬浮液，充分搅拌使其分散均匀。
将烧杯置于恒温水浴箱中，开始升温。将温度升至50℃，搅拌，缓慢加入制备好的氟橡胶溶液同时观察造型粉形成的情况，调整加入氟橡胶溶液的速度，加完后恒温20min。
将温度升至60℃以驱散溶剂。待溶剂驱尽后，将悬浮液降温至25℃以下，经过滤、洗涤、干燥后得到混合炸药造型粉。
模压：将上述混合炸药造型粉装入上述试件A置于模具中压缩，得到混合复合含能破片。
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5.34g/cm3。试件在应变率1000/s下强度极限为2609.53MPa，屈服强度为818.69MPa，准静态压缩测试，试件的强度为1800MPa。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
一种外层金属基内层聚合物基的复合含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层金属基空心圆柱形试件；
称量、混粉：每次称样100g，各组份质量比为：钨粉/锆粉＝50/50，即称取钨粉50g，锆粉50g。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/锆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，泄压后脱模，得到模压件；
烧结：将上述脱模后的模压件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为500℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，随炉冷却，得到空心圆柱形试件A。
(2)制备外层金属基内层炸药基的复合含能破片。
混合炸药造型粉的制备：称取20g氟橡胶，加入适量的乙酸乙酯作为溶剂，在室温下搅拌，放置使其充分溶解，称取80g NTO，放于玻璃烧杯中，并把NTO饱和水溶液倒入烧杯，用搅拌棒蘸取分散剂滴入烧杯，制成悬浮液，充分搅拌使其分散均匀。
将烧杯置于恒温水浴箱中，开始升温。将温度升至50℃，搅拌，缓慢加入制备好的氟橡胶溶液同时观察造型粉形成的情况，调整加入氟橡胶溶液的速度，加完后恒温20min。
将温度升至60℃左右以驱散溶剂。待溶剂驱尽后，将悬浮液降温至25℃以下，经过滤、洗涤、干燥后得到混合炸药造型粉。
模压：将上述混合炸药造型粉装入上述试件A置于模具中压缩，得到复合含能破片。
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4.07g/cm3。试件在应变率1000/s下强度极限为2102.37MPa，屈服强度为718.29MPa，准静态压缩测试，试件的强度为1200MPa。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
一种外层金属基内层聚合物基的复合含能破片的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先制备外层金属基空心圆柱形试件；
称量、混粉：每次称样100g，各组份质量比为：钨粉/锆粉＝70/30，即称取钨粉70g，锆粉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/锆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，泄压后脱模，得到模压件；
烧结：将上述脱模后的模压件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为550℃，烧结时长为2h，其中升温速率60℃/h，降温速率60℃/h，随炉冷却，得到空心圆柱形试件A。
(2)制备外层金属基内层炸药基的复合含能破片。
混合炸药造型粉的制备：称取10g氟橡胶，加入适量的乙酸乙酯作为溶剂，在室温下搅拌，放置使其充分溶解，称取90g NTO放于玻璃烧杯中，并把NTO饱和水溶液倒入烧杯，用搅拌棒蘸取分散剂滴入烧杯，制成悬浮液，充分搅拌使其分散均匀。
将烧杯置于恒温水浴箱中，开始升温。将温度升至50℃，搅拌，缓慢加入制备好的氟橡胶溶液同时观察造型粉形成的情况，调整加入氟橡胶溶液的速度，加完后恒温20min。
将温度升至60℃左右以驱散溶剂。待溶剂驱尽后，将悬浮液降温至25℃以下，经过滤、洗涤、干燥后得到混合炸药造型粉。
模压：将上述混合炸药造型粉装入上述试件A置于模具中压缩，得到复合含能破片。
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4.13g/cm3。试件在应变率1000/s下强度极限为2402.37MPa，屈服强度为923.17MPa，准静态压缩测试，试件的强度为1035MPa。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)

1.一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：将钨粉和锆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锆粉总质量的30～70％；
步骤二：将步骤一所得的均匀粉末置于定制的空心压药模具中，预压成型；
步骤三：将步骤二得到的预压成型试件进行烧结，得到产品A；
步骤四：采用溶液水悬浮法进行NTO基混合炸药造型粉的制备，氟橡胶作为粘结剂，NTO的质量占NTO和氟橡胶总质量的70％～90％；
步骤五：将步骤四所得的混合炸药造型粉填充至步骤三的产品A中空部分，再置于模具中，压制成型，得到复合含能破片。
2.如权利要求1所述的一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，其特征在于：步骤一所述的混合时长为1h～5h。
3.如权利要求1所述的一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，其特征在于：步骤二及步骤七所述的预压压强为10～50MPa。
4.如权利要求1所述的一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法，其特征在于：步骤三所述的烧结温度为450～550℃，烧结时长为2～4h。
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