CN113651659B - 具有冲击反应活性的金属基含能破片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有冲击反应活性的金属基含能破片及其制备方法，所述制备方法包括：获得由纳米铝粉包覆微米镍粉的混合粉末；将所述混合粉末与金属氧化物粉末及微晶蜡进行震动混合，得到中间混合物；向所述中间混合物中加入有机溶剂进行湿法球磨，其后干燥，得到前驱体；将所述前驱体进行模压成型，其后进行烧结处理，得到所述含能破片。本发明所得含能破片强度高塑性好，同时具有良好的侵彻和扩孔能力，具有显著提升的冲击反应活性。

Description

具有冲击反应活性的金属基含能破片及其制备方法
技术领域
本发明涉及含能材料，特别是活性破片材料的技术领域。
背景技术
金属基活性冲击反应材料作为活性破片使用时，按作用方式分可分为爆炸型和燃烧型，其中，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；燃烧型含能破片则能在冲击载荷作用下产生类爆炸或燃烧等反应，输出热能及产生超高温，对航空燃油、航空器、来袭导弹电子制导设备有较好的毁伤效果。
燃烧型金属基含能破片按反应过程是否需氧可进一步分为厌氧反应类型、氧平衡反应类型及富氧反应类型等，按冲击反应过程可进一步分为铝热反应、氧化反应和合金化反应三类。其中，铝热反应型燃烧式含能破片中，铝热反应的反应物活性通常较低且氧化剂与还原剂的结合程度不高，常存在反应速度慢、实际放热量低以及反应过程不集中等缺点，这必将对它们的点火和燃烧性能产生直接影响，使其很难成为真正意义上的含能材料而应用于含能破片进行有效的毁伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不牺牲金属基含能破片强度的基础上、进一步提高其冲击反应活性获得的铝热反应型含能破片及其制备方法。
本发明首先公开了如下的技术方案：
具有冲击反应活性的金属基含能破片的制备方法，其包括：
获得由纳米铝粉包覆微米镍粉的混合粉末；
将所述混合粉末与金属氧化物粉末及微晶蜡进行震动混合，得到中间混合物；
向所述中间混合物中加入有机溶剂进行湿法球磨，其后干燥，得到前驱体；
将所述前驱体进行模压成型，其后进行烧结处理，得到所述含能破片。
根据本发明的一些优选实施方式，所述混合粉末的获得包括：
向微米镍粉中加入分散剂溶液及纳米铝粉进行混合、干燥；
将干燥后的粉末进行干法球磨，得到所述混合粉末。
根据本发明的一些优选实施方式，所述纳米铝粉与所述微米镍粉的体积比为(0.1～5):1。
根据本发明的一些优选实施方式，所述分散剂溶液选自表面活性剂的分散液，如十二烷基硫酸钠的水溶液。
根据本发明的一些优选实施方式，所述干法球磨中，所述球料比为(1～10):1。
根据本发明的一些优选实施方式，所述干法球磨的磨球选自尼龙球。
根据本发明的一些优选实施方式，所述干法球磨的时间为5～10h。
根据本发明的一些优选实施方式，所述金属氧化物选自氧化铜和/或三氧化二铁。
根据本发明的一些优选实施方式，所述混合粉末与所述金属氧化物粉末与所述微晶蜡的质量比为1:(0.5～1):(0.2～0.5)。
根据本发明的一些优选实施方式，所述震动混合的时间为1～5h。
根据本发明的一些优选实施方式，所述有机溶剂选自无水乙醇和/或聚乙烯醇。
根据本发明的一些优选实施方式，所述湿法球磨的时间为10～24h。
根据本发明的一些优选实施方式，所述模压的压力为10～50MPa。
根据本发明的一些优选实施方式，所述烧结的温度为420～550℃。
根据本发明的一些优选实施方式，所述烧结的时间为2～4h。
本发明进一步提供了根据上述任一制备方法制备得到的含能破片。
该含能破片形成金属氧化物包覆Al、Al包覆Ni的微观结构，创新地将铝热反应与合金化反应相结合，提高强度的同时大大提高了反应元素之间的接触面积，在复杂应用背景下适用性更好，应用性更强。
本发明具备以下有益效果：
本发明制得的含能破片中，铝镍系合金是典型的含能材料，在室温下相当稳定，且具有较高的强度和塑性，在冲击载荷作用下会诱发合金化反应，释放出大量的热量，而由金属氧化物包覆铝、铝包覆镍的微观结构可将铝热反应与合金化反应相结合，以反应元素间的必然接触替代现有技术中的反应元素间的概率接触，大大提高了反应物接触面积，进而提升金属基含能破片冲击反应活性。
本发明制得的含能破片强度高塑性好，同时具有良好的侵彻和扩孔能力，其制备方法工艺简单，工程应用实现容易。
附图说明
图1为本发明所得含能破片的微观结构示意图；
图2是实施例1包覆粉末的微观结构扫描电镜图；
图3是实施例2制备出的高活性金属基含能破片以1300m/s的初速撞击6mm厚Q235钢板的毁伤效果照片。
图4是实施例3以1200m/s的初速撞击15mm厚树脂板，发生穿透爆燃的综合毁伤效果照片。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案，一种具体的金属基含能破片的制备方法包括：
步骤一：将镍粉置于分散剂溶液中，其后加入纳米铝进行混合、干燥，将干燥后的混合粉末进行干法球磨，其后过筛得到纳米铝粉末包覆微米镍粉末的中间产物A；
步骤二：将所得产物A与金属氧化物粉末和微晶蜡进行充分震动、混合；
步骤三：向步骤二震动后所得粉末中加入有机溶剂，进行湿法球磨，其后干燥得到金属氧化物包覆的产物B；
步骤四：将产物B进行模压成型；
步骤五：将模压成型后的试件进行烧结处理，得到所述含能破片。
其中，一些优选实施例如：
步骤一通过机械搅拌进行混合，搅拌时间为2h～5h。
步骤一中干法球磨的时间为5h～10h。
步骤二中通过振动筛进行所述震动、混合，所述震动的时间为1h～5h。
步骤三中所述湿法球磨的时间为10h～24h。
步骤三中所述有机溶剂选自无水乙醇和聚乙烯醇的混合溶剂。
步骤四中所述模压成型的压强为10～50MPa。
步骤五中所述烧结温度为420～550℃，烧结时间为2～4h。
通过上述制备过程制备得到的含能破片形成金属氧化物包覆Al、Al包覆Ni的微观结构，如说明书附图1所示。
本发明进一步提供了以下实施例：
实施例1
通过以下步骤制备金属基含能破片：
称量、搅拌：将粒径为3微米的镍粉置于十二烷基硫酸钠的水溶液中，按体积比Al粉/Ni粉＝3/7加入纳米铝粉搅拌2小时后干燥；
干磨：将干燥后的混合粉末加入全方位行星式球磨机中，加入尼龙球，球料比4：1，干磨5小时后过筛得到纳米铝粉末包覆微米镍粉末；
湿磨：将所得粉末置于振动筛中，按质量比1:1:0.5加入三氧化二铁粉末和微晶蜡震动3小时，再置于行星式球磨机中，加入无水乙醇，湿磨后干燥得到三氧化二铁最终包覆粉末；
模压：将上述粉末置于圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长3min，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真空高温烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为550℃，烧结时长为2h，得到含能破片。
本实施例所得含能破片的微观结构扫描电镜图如图2所示。
实施例2
通过以下步骤制备金属基含能破片：
称量、搅拌：将镍粉置于十二烷基硫酸钠的水溶液中，按体积比Al粉/Ni粉＝1：1加入纳米铝搅拌3小时后干燥；
干磨：将干燥后的混合粉末加入全方位行星式球磨机中，加入尼龙球，球料比6：1，干磨8小时后过筛得到纳米铝粉末包覆微米镍粉末；
湿磨：将上述所得粉末置于振动筛中，按质量比1:0.8:0.3加入适量氧化铜粉末和微晶蜡震动4小时，再置于行星式球磨机中，加入10％的聚乙烯醇，湿磨后干燥得到氧化铜最终包覆粉末；
模压：将上述粉末置于圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长3min，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真空高温烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为500℃，烧结时长为2h，得到含能破片。
本实施例制备出的提高冲进反应活性的含能破片密度约为6.5g/cm3，试件在应变率7000/s下强度极限约为1100MPa，准静态压缩测试，试件的强度约为600MPa。以1300m/s的初速撞击6mm厚Q235钢板，发生穿透爆燃的综合毁伤效果，毁伤后的靶板如附图3所示。
实施例3
通过以下步骤制备金属基含能破片：
称量、搅拌：将镍粉置于十二烷基硫酸钠的水溶液中，按体积比Al粉/Ni粉＝2:1加入纳米铝搅拌5小时后干燥；
干磨：将干燥后的混合粉末加入全方位行星式球磨机中，加入尼龙球，球料比8：1，干磨10小时后过筛得到纳米铝粉末包覆微米镍粉末；
湿磨：将上述所得粉末置于振动筛中，按质量比1:0.5:0.2加入适量三氧化二铁粉末和微晶蜡震动5小时，再置于行星式球磨机中，加入10％的聚乙烯醇，湿磨后干燥得到三氧化二铁最终包覆粉末；
模压：将上述粉末置于圆柱形模具中压缩，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长3min，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真空高温烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度为450℃，烧结时长为4h，得到含能破片。
本实施例制备出的提高冲进反应活性的含能破片密度约为7.2g/cm3，试件在应变率7000/s下强度极限约为1500MPa，准静态压缩测试，试件的强度约为850MPa。以1200m/s的初速撞击15mm厚树脂板，发生穿透爆燃的综合毁伤效果，毁伤后的靶板如附图4所示。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.具有冲击反应活性的金属基含能破片的制备方法，其特征在于，其包括：
获得由纳米铝粉包覆微米镍粉的混合粉末；
将所述混合粉末与金属氧化物粉末及微晶蜡进行震动混合，得到中间混合物；
向所述中间混合物中加入有机溶剂进行湿法球磨，其后干燥，得到前驱体；
将所述前驱体进行模压成型，其后进行烧结处理，得到所述含能破片，该含能破片具有金属氧化物包覆铝、铝包覆镍的微观结构；
其中，所述有机溶剂选自无水乙醇和/或聚乙烯醇，所述金属氧化物选自氧化铜和/或三氧化二铁。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉末的获得包括：
向微米镍粉中加入分散剂溶液及纳米铝粉进行混合、干燥；
将干燥后的粉末进行干法球磨，得到所述混合粉末。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米铝粉与所述微米镍粉的体积比为（0.1~5）:1。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂溶液选自表面活性剂的分散液。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干法球磨中，球料比为(1~10):1；和/或，所述干法球磨的磨球选自尼龙球；和/或所述干法球磨的时间为5~10h；和/或，所述湿法球磨的时间为10~24h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉末与所述金属氧化物粉末与所述微晶蜡的质量比为1:(0.5~1):(0.2~0.5)，和/或，所述震动混合的时间为1~5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模压的压力为10~50MPa，和/或所述烧结的温度为420～550℃、烧结的时间为2～4h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的含能破片。
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