CN111777476B - 一种带有密封层的战斗部活性破片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有密封层的战斗部活性破片及其制备方法和应用，本发明首先通过热压的方式将氟聚物复合材料注入带有内壁格栅的管材中，由于聚合物存在流动性，可以充分配合带有内壁格栅的管材单胞形状，充分密封。其次，氟聚物复合材料在高速碰撞过程中也可激发化学反应，进一步提高毁伤效能。传统带有内壁格栅的管材压入钢制端帽的方法对端帽与管材之间配合存在较高加工精度要求，相比之下氟聚物复合材料热压方法封装可适用不同形状带有内壁格栅的管材，简化工艺，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有密封层的战斗部活性破片及其制备方法和应用，具体的说是用于格栅管材封装稀土氢化物活性破片的密封方法。
背景技术
稀土氢化物在与水接触时同样会发生剧烈化学反应，释放大量热，用其制作活性破片，特别是应用在针对水上目标的战斗部中，拥有巨大潜力。然而稀土氢化物质脆，稀土在氢气气氛中灼烧生成氢化物后会变脆，破碎为细小颗粒，因此在制备活性破片时需要封装入结构壳体中以确保破片的侵彻性能。目前通常使用钢制备管状壳体装载稀土氢化物，通过端帽封口，制得活性破片。使用管状壳体封装稀土氢化物存在反应临界速度高、装填比低等问题，同时尽管端部采用带有螺纹的端帽进行密封，但仍无法避免其中的稀土氢化物缓慢释氢失效。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种带有密封层的战斗部活性破片及其制备方法和应用，该带有密封层的活性破片相比传统钢制端帽可以有效提高安全性，在冲击作用下密封层也可释放大量化学能，进一步增加单发破片整体毁伤效果。同时，该方法有效提高生产效率，适用于大规模生产。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种带有密封层的战斗部活性破片，该活性破片包括外壳、稀土氢化物、强氧化剂以及密封层；密封层的材料为氟聚物复合材料，氟聚物复合材料的原料包括A组分、B组分和C组分；其中，A组分为易氧化金属粉末，优选Ta粉末、Al粉末或Mg粉末，B组分为氧化物粉末，优选Bi2O3粉末或Fe2O3粉末，C组分为热塑性氟聚物，优选THV或PVDF；
易氧化金属粉末的粒径为1-10μm；
氧化物粉末的粒径为0.5-2μm；
以氟聚物复合材料总质量为100％计算，易氧化金属粉末的质量百分比不低于30％，优选为40％-50％，热塑性氟聚物的质量百分比不低于15％，优选为16％-27％，余量为氧化物粉末；
所述外壳的内腔内带有格栅，通过格栅将外壳的内腔分为两个以上的空腔；
外壳优选为空心圆柱，外壳内带有十字交叉的格栅，即该十字交叉的格栅在轴向将空心圆柱的内腔均分为四个空腔；
外壳优选为空心长方体，外壳内带有十字交叉的格栅，即该十字交叉的格栅在长方体的高度方向将空心长方体的内腔均分为四个空腔；
稀土氢化物优选氢化铈或氢化镨，粒径为1-10μm；
强氧化剂优选高氯酸铵；
稀土氢化物和强氧化剂填充在外壳的内腔中，优选稀土氢化物和强氧化剂交替填充在外壳的不同空腔中；
外壳中填充稀土氢化物和强氧化剂后，通过密封层将外壳的顶端和底端进行密封；
外壳的材料为Al或Ta等易氧化金属，外壳的壁厚为0.2-1mm，格栅的壁厚为0.2-1mm。
一种带有密封层的战斗部活性破片的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将A组分、B组分和C组分通过双螺杆热挤出的方法进行混合造粒；热挤出时的挤出温度为180-300℃；
(2)将步骤(2)得到的颗粒进行加热至熔融状态后采用加压注射的方法注射到步骤(1)得到的填充有稀土氢化物和强氧化剂的外壳的底端，自然冷却至室温；加热温度为185-305℃；
(3)将稀土氢化物和强氧化剂交替填充在步骤(2)得到的带有底端的外壳的不同空腔中；
(4)将步骤(1)得到的颗粒进行加热至熔融状态后采用加压注射的方法注射到步骤(1)得到的填充有稀土氢化物和强氧化剂的外壳的顶端，自然冷却至室温后得到带有密封层的战斗部活性破片，加热温度为185-305℃。
一种带有密封层的战斗部活性破片的应用，将制备得到的若干个(一般上千个)战斗部活性破片安装在战斗部中炸药药柱周围，当战斗部接近目标时，炸药药柱被激发爆炸，驱动安装的若干个战斗部活性破片撞击侵彻目标，在侵彻过程中战斗部活性破片的外壳变形破碎，新型战斗部活性破片内部填充的氢化物及高氯酸铵充分混合并被引发，杀伤目标。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明利用氟聚物复合材料的热塑性及高粘性，将复合材料注入壳体中，充分密封金属氢化物活性破片。
(2)本发明首先通过热压的方式将氟聚物复合材料注入带有内壁格栅的管材中，由于聚合物存在流动性，可以充分配合带有内壁格栅的管材单胞形状，充分密封。其次，氟聚物复合材料在高速碰撞过程中也可激发化学反应，进一步提高毁伤效能。传统带有内壁格栅的管材压入钢制端帽的方法对端帽与管材之间配合存在较高加工精度要求，相比之下氟聚物复合材料热压方法封装可适用不同形状带有内壁格栅的管材，简化工艺，提高生产效率。
附图说明
图1为填充氢化铈和高氯酸铵的格栅管材
图2为氟聚物复合材料密封格栅管材封装稀土氢化物活性破片示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
一种带有密封层的战斗部活性破片，该活性破片包括外壳、稀土氢化物、强氧化剂以密封层；
外壳为空心长方体，外壳内带有十字交叉的格栅，即该十字交叉的格栅在长方体的高度方向将空心长方体的内腔均分为四个空腔；
稀土氢化物优选氢化铈，粒径为10μm；
强氧化剂为高氯酸铵；
稀土氢化物和强氧化剂交替填充在外壳的不同空腔中；如图1所示；
外壳的材料为Ta，外壳的壁厚为0.3mm，格栅的壁厚为0.3mm。
一种带有密封层的战斗部活性破片的制备方法为：
(1)将Ta2O5粉末与聚甲基丙烯酸甲脂混合并加入水制备成Ta2O5浆料。将浆料通过模具挤出并干燥，得到边长为8mm，壁厚为0.3mm，长10mm，内部带有“十”字型格栅结构的Ta2O5胚料。将胚料在1600℃，氢气气氛中进行烧结，得到内部带有“十”字型格栅结构的钽壳体。
(2)将步骤(1)制备的钽壳体在10％NaOH溶液中浸泡10分钟，取出后用纯水清洗并完全浸润。将硅烷偶联剂与水按7:93的比例混合，然后用乙酸调节pH值介于4-6之间，得到水解溶液。将纯水清洗浸润后的钽壳体浸渍于硅烷偶联剂水解溶液中，持续20分钟后取出干燥。
(3)将THV粉、Ta粉、Bi2O3粉按质量比20:48:32的比例加入不锈钢密封球磨罐中，同时加入THV质量4％的增塑剂，在氩气保护气氛中球磨4h后取出，加入到双螺杆挤出机中，在220℃挤出造粒。将颗粒加入注射机中，带有内壁格栅的管材放入模具，注射温度235℃，模板温度50℃，将熔融后的颗粒注入钽壳体的底端，注入厚度为2mm。
(4)将金属铈在氢气气氛中烧结，得到氢化铈，并研磨成10μm颗粒。对研磨后的氢化铈颗粒采用质量分数为4％硬脂酸在80℃进行充分包覆，并装入带有“十”字型格栅结构的钽壳体处于对角线上的两个单胞中，如图1所示；随后将高氯酸铵装入另外两个单胞中，氢化铈和高氯酸铵距离钽壳体的顶端为2mm；
(5)将THV粉、Ta粉、Bi2O3粉按质量比20:48:32的比例加入不锈钢密封球磨罐中，同时加入THV质量4％的增塑剂，在氩气保护气氛中球磨4h后取出，加入到双螺杆挤出机中，在220℃挤出造粒。将颗粒加入注射机中，带有内壁格栅的管材放入模具，注射温度235℃，模板温度50℃，将熔融后的颗粒注入钽壳体的顶端，注入厚度为2mm，得到两端采用THV/Ta/Bi2O3复合材料封口，中间填充氢化物与强氧化物的活性破片，即带有密封层的战斗部活性破片，如图2所示。
所述的步骤(1)中，粘接剂为聚甲基丙烯酸甲脂，Ta2O5粉末、粘结剂和水的质量比例关系95:0.5：4.5；
一种带有密封层的战斗部活性破片的应用，将制备得到的1200个带有密封层的战斗部活性破片安装在战斗部中炸药药柱周围，当战斗部接近目标时，炸药药柱被激发爆炸，驱动安装的1200个带有密封层的战斗部活性破片撞击侵彻目标，在侵彻过程中新型战斗部活性破片的外壳变形破碎，带有密封层的战斗部活性破片内部填充的氢化物及高氯酸铵充分混合并被引发，杀伤目标。
上述的方法通过热压的方式将氟聚物复合材料注入钽壳体的顶端和底端，由于聚合物存在流动性，可以充分配合带有钽壳体单胞形状，充分密封，其次，氟聚物复合材料在高速碰撞过程中也可激发化学反应，进一步提高毁伤效能。
Claims (9)
1.一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：该活性破片包括外壳、稀土氢化物、强氧化剂以及密封层；密封层的材料为氟聚物复合材料，氟聚物复合材料的原料包括A组分、B组分和C组分；其中，A组分为易氧化金属粉末，A组分为Ta粉末、Al粉末或Mg粉末，B组分为氧化物粉末，B组分为Bi2O3粉末或Fe2O3粉末，C组分为热塑性氟聚物，C组分为THV或PVDF；
以氟聚物复合材料总质量为100％计算，易氧化金属粉末的质量百分比不低于30％，热塑性氟聚物的质量百分比不低于15％，余量为氧化物粉末；
所述外壳的内腔内带有格栅，通过格栅将外壳的内腔分为四个空腔；
稀土氢化物为氢化铈或氢化镨，粒径为1-10μm；
强氧化剂为高氯酸铵；
稀土氢化物和强氧化剂交替填充在外壳的不同空腔中；
外壳中填充稀土氢化物和强氧化剂后，通过密封层将外壳的顶端和底端进行密封；
外壳的材料为Al或Ta。
2.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：易氧化金属粉末的粒径为1-10μm。
3.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：氧化物粉末的粒径为0.5-2μm。
4.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：以氟聚物复合材料总质量为100％计算，易氧化金属粉末的质量百分比为40％-50％，热塑性氟聚物的质量百分比为16％-27％，余量为氧化物粉末。
5.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：外壳为空心圆柱，外壳内带有十字交叉的格栅，即该十字交叉的格栅在轴向将空心圆柱的内腔均分为四个空腔。
6.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：外壳为空心长方体，外壳内带有十字交叉的格栅，即该十字交叉的格栅在长方体的高度方向将空心长方体的内腔均分为四个空腔。
7.根据权利要求1所示的一种带有密封层的战斗部活性破片，其特征在于：
外壳的壁厚为0.2-1mm，格栅的壁厚为0.2-1mm。
8.一种权利要求1-7任一所述的带有密封层的战斗部活性破片的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将A组分、B组分和C组分通过双螺杆热挤出的方法进行混合造粒；热挤出时的挤出温度为180-300℃；
(2)将步骤(2)得到的颗粒进行加热至熔融状态后采用加压注射的方法注射到步骤(1)得到的填充有稀土氢化物和强氧化剂的外壳的底端，自然冷却至室温；加热温度为185-305℃；
(3)将稀土氢化物和强氧化剂交替填充在步骤(2)得到的带有底端的外壳的不同空腔中；
(4)将步骤(1)得到的颗粒进行加热至熔融状态后采用加压注射的方法注射到步骤(1)得到的填充有稀土氢化物和强氧化剂的外壳的顶端，自然冷却至室温后得到带有密封层的战斗部活性破片，加热温度为185-305℃。
9.一种权利要求1-7任一所述的带有密封层的战斗部活性破片的应用，其特征在于：将制备得到的若干个战斗部活性破片安装在战斗部中炸药药柱周围，当战斗部接近目标时，炸药药柱被激发爆炸，驱动安装的若干个战斗部活性破片撞击侵彻目标，在侵彻过程中战斗部活性破片的外壳变形破碎，战斗部活性破片内部填充的氢化物及高氯酸铵充分混合并被引发，杀伤目标。
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