CN112980116B - 一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，属于含能材料、活性破片材料领域。本发明用碳钢、不锈钢、合金钢等材料设计制备一种可伸缩的螺旋结构件A；铝粉/钨粉/PTFE粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀；将螺旋结构件A置于定制模具中，并加入混合均匀的铝粉/钨粉/PTFE粉，预压成型，得到预压件B；烧结，得到最终产品。该储能破片，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，而在高速运动状态下，通过过载力，使原来处于弱约束状态的破片发生结构破坏，使得螺旋结构破片应力释放，长度增至原来的5～10倍，接触面积增至原来的20～100倍，即毁伤面积增至原来的20～100倍，同等质量的破片，毁伤效果极大增强。针对薄壳结构、玻璃纤维、石英玻璃、陶瓷类材料的高速碰撞具有优异的毁伤效果，在反恐反导领域具有潜在的应用价值。

Description

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法

技术领域

本发明涉及含能材料、活性破片材料技术领域，具体为一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法。

背景技术

当前，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粉末压制烧结而成，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，因而被广泛地用于制造或改良破片和药形罩。

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，我们团队先前提供了一种复合装药结构的含能破片的制备方法（CN110340349A），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（CN110373572A），一种高能钝感炸药基活性含能材料的制备方法（CN110343021A），一种外层金属基内层炸药基的复合含能破片的制备方法（CN110372461A），一种装载有高能炸药装药的活性金属微弹丸及其制备方法（CN110360902A）等，这些方法从增大破片强度、密度以及爆轰性能等角度在不同程度上提高了破片的侵彻和爆炸的威力，但均未考虑从增大单个破片的接触面积角度来增强毁伤效果。

发明内容

1、本发明要解决的技术问题

本发明的目的是为了提高现有金属/氟聚物复合含能破片的侵彻和爆炸的威力，提供了一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，该方法采用轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结等工艺，过程简单，无特殊工艺要求。

2、技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温腐蚀，韧性和塑性好的钢丝，其中，C≤0.20%、Si为2.5-3.5%、Mn≤3.0%、P≤0.02%、S≤0.125%、Cr为26-35%、Ni为11.0-23.0%、Mo为0.35%、Co为0.10%、Al为0.25%，余量为Fe；

步骤二：将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

步骤三：将结构件A和现有金属/氟聚物复合含能材料的原料一起，加工成破片。

3、有益效果

（1）一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，采用常规的金属粉末、聚四氟乙烯粉、聚偏氟乙烯、炸药以及自制的钢丝为原料；采用常规的轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。

（2）本发明制备所得的一种可伸缩螺旋结构储能破片，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，而在高速运动状态下，通过过载力，使原来处于弱约束状态的破片发生结构破坏，使得螺旋结构破片应力释放，相对于过去报道的铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）/钨粉破片，同等质量的破片，接触面积增至原来的20~100倍，即毁伤面积增至原来的20~100倍，毁伤效果极大增强，显著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2制备出的一种可伸缩螺旋结构储能破片以1100m/s的初速撞击后的5mm厚石英纤维增强树脂板的综合毁伤效果照片；

图2是实施例3制备出的一种可伸缩螺旋结构储能破片以1100m/s的初速撞击后的5mm厚玻璃钢板的综合毁伤效果照片；

图3是实施例4制备出的一种可伸缩螺旋结构储能破片以1100m/s的初速撞击后的5mm氧化铝陶瓷板的综合毁伤效果照片。。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温腐蚀，韧性和塑性好的钢丝，其中，C≤0.20%、Si为2.5-3.5%、Mn≤3.0%、P≤0.02%、S≤0.125%、Cr为26-35%、Ni为11.0-23.0%、Mo为0.35%、Co为0.10%、Al为0.25%，余量为Fe；

步骤二：将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

步骤三：将结构件A和现有金属/氟聚物复合含能材料的原料一起，加工成破片。

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，采用常规的金属粉末、聚四氟乙烯粉、聚偏氟乙烯、炸药以及自制的钢丝为原料；采用常规的轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产；而本发明制备所得的一种可伸缩螺旋结构储能破片，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，而在高速运动状态下，通过过载力，使原来处于弱约束状态的破片发生结构破坏，使得螺旋结构破片应力释放，相对于过去报道的铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）/钨粉破片，同等质量的破片，接触面积增至原来的20~100倍，即毁伤面积增至原来的20~100倍，毁伤效果极大增强，显著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。

实施例2：

请参阅图1，基于实施例1但有所不同之处在于，

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，具体步骤如下：

（1）首先制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.20%、Si=2.5%、Mn=3.0%、P=0.02%、S=0.125%、Cr=26%、Ni=11.0%、Mo=0.35%、Co=0.10%、Al=0.25%，Fe=56.455%

将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

（2）制备可伸缩螺旋结构储能破片；

称量、混粉：各组分质量比为：铝粉/钨粉/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：将上述可伸缩的螺旋结构件A置入特制模具中，并填充上述混合均匀的粉末铝粉/钨粉/聚四氟乙烯，进行预压制，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，得到一种可伸缩螺旋结构储能破片。

本实施例制备出的一种可伸缩螺旋结构储能破片的密度为5.61g/cm³。试件在应变率6000/s下强度极限为292.51MPa，屈服强度为108.69MPa。以1100m/s的初速撞击5mm厚石英纤维增强树脂板，击穿靶板，如图1所示。

实施例3：

请参阅图2，基于实施例1-2但有所不同之处在于，

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，具体步骤如下：

（1）首先制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.15%、Si=3%、Mn=2.5%、P=0.15%、S=0.12%、Cr=30%、Ni=15.0%、Mo=0.35%、Co=0.10%、Al=0.25%，Fe=48.38%

将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

（2）制备可伸缩螺旋结构储能破片；

复合材料 B 制备：称量钝感炸药 NTO 4.975g，石墨粉 0.025g，在真空分散机中均匀混合，形成具有核壳结构、石墨包覆钝感炸药的复合材料 B；

称量、混粉：各组份质量比为：B/活性金属/重金属/聚偏氟乙烯=5/22/40/33，即称取复合材料 B 5g、镁粉 3.6g，硅粉4.2g，钛粉 7.2g，铝粉 7g，钨粉 40g，聚偏氟乙烯 33g，置于全方位行星式混料机中混合 2h，混匀；

模压：将上述混合均匀的粉末以及可伸缩螺旋结构件A置于模具中压缩，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。

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。获得可伸缩螺旋结构储能破片。

本实施例制备出的可伸缩螺旋结构储能破片的密度为4.06g/cm³。试件在应变率6000/s下强度极限为208.55MPa，屈服强度为92.69MPa。以1100m/s的初速撞击后的5mm厚玻璃钢板，击穿靶板，如图2所示。

实施例4：

请参阅图3，基于实施例1-3但有所不同之处在于，

一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，具体步骤如下：

（1）首先制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.10%、Si=3.5%、Mn=2.0%、P=0.10%、S=0.115%、Cr=35%、Ni=23.0%、Mo=0.35%、Co=0.10%、Al=0.25%，Fe=35.485%

将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

（2）制备可伸缩螺旋结构储能破片；

称量、混粉：各组分质量比为：铝粉/钨粉/聚四氟乙烯=30/10/60，即称取铝粉30g，钨粉10g，聚四氟乙烯粉60g，分别置于全方位行星式球磨机中混合1h，混匀；

模压：将上述可伸缩的螺旋结构件A置入特制磨具中，并填充上述混合均匀的粉末铝粉/钨粉/聚四氟乙烯，并压缩，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B；

烧结：将上述脱模后的模压件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，得到一种可伸缩螺旋结构储能破片。

本实施例制备出的可伸缩螺旋结构储能破片的密度为3.85g/cm³。试件在应变率6000/s下强度极限为150.51MPa，屈服强度为87.53MPa。以1100m/s的初速撞击5mm厚氧化铝陶瓷板，击碎靶板，如图3所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种可伸缩螺旋结构储能破片的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温腐蚀，韧性和塑性好的钢丝，其中，C≤0.20%、Si为2.5-3.5%、Mn≤3.0%、P≤0.02%、S≤0.125%、Cr为26-35%、Ni为11.0-23.0%、Mo为0.35%、Co为0.10%、Al为0.25%，余量为Fe；

步骤二：将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

步骤三：将结构件A和现有金属/氟聚物复合含能材料的原料一起，加工成破片。

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