CN114250394A - 一种释能毁伤元及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种释能毁伤元，所述释能毁伤元的材质为稀土复合材料，所述稀土复合材料的化学式为R‑H‑M，其中R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、La、Ce、Pm、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu和Y元素中的至少一种，M选自W或Mo中至少一种，所述稀土复合材料的成分包括4.5wt％～50wt％的R，0.08wt％～1.65wt％的H，余量为M。本发明还公开了一种所述释能毁伤元的制备方法。本发明的释能毁伤元具有高释能，能在无氧环境实现高效释能,可以显著改善金属释能材料的运用环境。

Description

一种释能毁伤元及制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料，特别涉及一种稀土复合材质的释能毁伤元及制备方法。

背景技术

当前已知的释能毁伤元，其释能机理一是与氧气较容易反应的元素与氧发生反应，放出大量的热量；二是金属与金属之间或金属与中间产物之间的反应。当前金属释能材料主要是以Zr、Al等高活性元素作为主要释能元素，在空气或氧气含量较高的环境中实现燃烧效果，但通常在低压缺氧、水下等环境中释能效果差，且其力学性能不足，难以用于结构部件。

稀土金属作为一种高活性材料，其燃烧的释能值远高于现有金属释能材料。但稀土金属活性太高，无法直接以单质状态长时间在空气中存放，与其他金属构成金属间化合物后释能效果又会变差。如何获得一种能够在无氧环境实现高效释能，常规环境中释能强、兼具一定的力学性能、可长时间稳定存放的释能毁伤元是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种释能毁伤元，所述释能毁伤元能够在无氧环境中实现高效释能，在常规环境中释能强、兼具一定的力学性能、可长时间稳定存放。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种释能毁伤元，所述释能毁伤元的材质为稀土复合材料，所述稀土复合材料的化学式为R-H-M，其中R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、La、Ce、Pm、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、 Lu和Y元素中的至少一种，M选自W或Mo中至少一种，所述稀土复合材料的成分包括4.5wt％～50wt％的R，0.08wt％～1.65wt％的H，余量为M。

优选的，所述的稀土复合材料中R-H以稀土氢化物形式存在。

优选的，所述的稀土复合材料中M以钨、钼单质或钨钼合金形式存在。

优选的，所述的稀土氢化物分布于M颗粒的空隙中。

优选的，所述稀土复合材料的成分包括4.5wt％～40wt％的R，0.08wt％～1.32wt％的H，余量为M。

优选的，如上所述的释能毁伤元的制备方法，包括以下步骤：

a、将M粉末和稀土氢化物粉末按所述稀土复合材料的成分配比混合；

b、所述粉末混合均匀后压制成预定形状的坯体；

c、将坯体放入真空气氛炉中进行烧结处理；

d、冷却后的烧结坯体在氢气气氛中热处理，制得毛坯；

e、所述毛坯经过机加工后，得到所述的释能毁伤元。

优选的，所述M粉末的粒度D50为3μm～30μm，所述稀土氢化物粉末的粒度D50 为3μm～20μm。

优选的，在步骤b中，将混合后粉末装入橡胶套中，在等静压机中压制成型，压制压力大于或等于150MPa，保压时间大于或等于30s。

优选的，在步骤c中，在正压氢气或氩气气氛中进行烧结处理，烧结的温度为1470℃～2250℃，烧结时间5h～10h。

优选的，在步骤d中，随炉冷却至100℃～350℃，在氢气气氛中进行热处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明的释能毁伤元的材质以一种假合金的形式存在，不仅在有氧环境中能够实现较好的释能效果，兼具一定的力学性能，且在二氧化碳、氮气、水等低氧或无氧环境具有较好的释能效果。

2、本发明将烧结后的稀土与钨、钼复合材料毛坯在氢气气氛中进行热处理，使得所述释能毁伤元可以在空气中长时间存放，且所述释能毁伤元使用时能够产生燃爆的效果。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在推荐的实施方式中，所述的稀土复合材料中R-H以稀土氢化物形式存在。

在推荐的实施方式中，所述的稀土复合材料中M以钨、钼单质或钨钼合金形式存在。

在推荐的实施方式中，所述的稀土氢化物分布于M颗粒的空隙中。

在推荐的实施方式中，所述稀土复合材料的成分包括4.5wt％～40wt％的R，0.08wt％～1.32wt％的H，余量为M。

在推荐的实施方式中，所述的R选自Nd、Pr、Ho、Dy、Tb、Y和Gd元素中的至少一种。

优选的，所述的R选自Nd、Pr、Ho、Dy和Tb元素中的至少一种。

在推荐的实施方式中，所述的M包括W和Mo，所述W含量为Mo含量的4～9倍。

在推荐的实施方式中，所述的M优选为W。

在推荐的实施方式中，所述的释能毁伤元的制备方法包括以下步骤：

a、将M粉末和稀土氢化物粉末按所述稀土复合材料的成分配比混合；

b、所述粉末混合均匀后压制成预定形状的坯体；

c、将坯体放入真空气氛炉中进行烧结处理；

d、冷却后的烧结坯体在氢气气氛中热处理，制得毛坯；

e、所述毛坯经过机加工后，得到所述的释能毁伤元。

在推荐的实施方式中，所述M粉末的粒度D50为3μm～30μm，所述稀土氢化物粉末的粒度D50为3μm～20μm。

在推荐的实施方式中，在步骤b中，将混合后粉末装入橡胶套中，在等静压机中压制成型，压制压力大于或等于150MPa，保压时间大于或等于30s。

在推荐的实施方式中，在步骤c中，在正压氢气或氩气气氛中进行烧结处理，烧结的温度为1470℃～2250℃，烧结时间5h～10h。

在烧结过程中，稀土氢化物分解，其中的低熔点稀土元素发生熔化，压坯体积收缩，钨或钼原子之间发生冶金结合，形成具有一定强度的骨架，稀土存在骨架的空隙当中，形成了一种假合金。

在推荐的实施方式中，在步骤d中，随炉冷却至100℃～350℃，在氢气气氛中进行热处理。

在氢气气氛中热处理后，使得所述释能毁伤元可以在空气中长时间存放，且所述释能毁伤元使用时能够产生燃爆的效果。

可以根据需要对所述释能毁伤元的表面进行表面处理，如喷漆、表面钝化处理等，以达到进一步延长保存周期的目的。

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本实施例的释能毁伤元的制备方法包括如下步骤：

原料配置与混合：将粒度D50为6μm的M粉末与粒度D50为3μm的稀土氢化物按照表1的释能毁伤元的成分配比在混料机上混合，混料时间为24h。

压制成型：将混合后的粉末装入橡胶套中，在等静压机中压制成预定形状，压制压力为200MPa，保压时间30s。

烧结处理：将压坯放入真空炉中，在2200℃氢气气氛中烧结10h。

热处理：将烧结坯体随炉冷却至180℃，在氢气气氛中进行热处理，制得毛坯；

机加工：所述毛坯经过机加工后，得到所述的释能毁伤元。。

对各实施例和各对比例制得的释能毁伤元进行静态压缩强度检测和动态压缩检测，评价其力学性能，在氧气环境下评价燃烧释放的能量，释放的能量用反应热△H来表征。各实施例和各对比例释能毁伤元的成分配比和评价结果分别如表1、表2中所示。

表1各实施例和各对比例释能毁伤元的成分配比(wt％)

表2各实施例和各对比例释能毁伤元的性能评价情况

作为结论我们可以得出：当稀土的添加量为4.5wt％～50wt％范围内时，随着稀土的含量提高，释能毁伤元的强度下降，侵彻穿透能力下降，但是释能毁伤元的释能能力大辐度提高。当稀土含量达到60wt％时，材料强度变的较差，这主要是因为W、Mo颗粒多数被稀土元素包裹，相互之间较难直接接触形成钨、钼骨架，没有足够的结构强度，达不到侵彻穿透的目的。当稀土氢化物的含量低于4.5wt％时，释能毁伤元的释能较差。

在水环境下，评价实施例1.4、实施例1.7和实施例1.11释放的能量，用反应热△H1表示。实施例1.4制得的稀土复合材料在水环境下释放的能量△H1为-1.0kJ/g，实施例1.7在水环境下释放的能量△H1为-1.9kJ/g，实施例1.11制得的稀土复合材料在水环境下释放的能量△H1为-0.9kJ/g。作为结论，本发明的稀土复合材料能够在无氧环境下很好释能。

实施例二

本实施例的稀土与钨复合的释能毁伤元制备方法包括如下步骤：

原料配置与混合：将粒度D50为7μm的钨粉与粒度D50为4.5μm的稀土氢化物按照表3的释能毁伤元的成分配比在混料机上混合，混料时间为36h。

压制成型：将混合后的粉末装入橡胶套中，在等静压机中压制成预定形状，压制压力为350MPa，保压时间25s。

烧结处理：将压坯放入真空炉中，在2250℃氢气气氛中烧结8h。

热处理：将烧结坯体随炉冷却至200℃，在氢气气氛中进行热处理，制得所述毛坯。所述毛坯经过机加工后，得到所述的释能毁伤元。

各实施例和各对比例的释能毁伤元进行静态抗压强度检测和动态抗压强度检测，评定其力学性能，用反应热△H来评价所述释能毁伤元在氧气环境下燃烧释放的能量。各实施例和各对比例释能毁伤元的成分配比和评价结果分别如表3、表4中所示：

表3各实施例和各对比例的释能毁伤元的成分配比(wt％)

表4各实施例和各对比例释能毁伤元的性能评价情况

作为结论我们可以得出：当单种或多种稀土的添加量为4.5wt％～50wt％范围内时， W含量相同的情况下侵彻能力基本相似，随着稀土的含量提高，释能毁伤元的强度下降，侵彻穿透能力下降，但是释能毁伤元的释能能力大辐度提高。当稀土含量达到70wt％时，材料基本没有强度，这主要是因为W、Mo颗粒基本上被稀土元素包裹，相互之间无法直接接触形成钨、钼骨架，达不到侵彻穿透的目的。当稀土的含量低于4.5wt％时，释能毁伤元的释能较差。

在二氧化碳环境下，评价实施例2.3和实施例2.13释放的能量，用反应热△H1表示。实施例2.3制得的稀土复合材料在二氧化碳环境下释放的能量△H1为-1.25kJ/g，实施例2.13在二氧化碳环境下释放的能量△H1为-1.25kJ/g。作为结论，本发明的稀土复合材料能够在无氧环境下很好释能。

本发明各实施例及对比例中使用的稀土氢化物原料可以采用市售的稀土氢化物，也可以采用现有的制备工艺制备稀土氢化物，如中国发明专利CN104291270A记载的高温直接法制备轻稀土氢化物的方法、中国发明CN101804964A记载的利用原位的氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备稀土氢化物纳米颗粒的方法等。

本发明各实施例及对比例中使用的稀土氢化物原料既可以是三价氢化物，也可以是二价氢化物或其他价态氢化物，如二氢化镧(LaH₂)、三氢化镧(LaH₃)、四氢化铈(CeH₄)、三氢化铈(CeH₃)、二氢化铈(CeH₂)、三氢化镨(PrH₃)、四氢化镨(PrH₄)、三氢化钕(NdH₃)、三氢化钷(PmH₃)、二氢化钐(SmH₂)、三氢化钐(SmH₃)、二氢化铕(EuH₂)、三氢化铕(EuH₃)、三氢化钆(GdH₃)等。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种释能毁伤元，其特征在于，所述释能毁伤元的材质为稀土复合材料，所述稀土复合材料的化学式为R-H-M，其中R选自Nd、Pr、Dy、Tb、Ho、La、Ce、Pm、Sm、Eu、Gd、Er、Tm、Yb、Lu和Y元素中的至少一种，M选自W或Mo中至少一种，所述稀土复合材料的成分包括4.5wt％～50wt％的R，0.08wt％～1.65wt％的H，余量为M。

2.根据权利要求1所述的释能毁伤元，其特征在于，所述稀土复合材料中R-H以稀土氢化物形式存在。

3.根据权利要求1所述的释能毁伤元，其特征在于，所述稀土复合材料中M以钨、钼单质或钨钼合金形式存在。

4.根据权利要求2所述的释能毁伤元，其特征在于，所述稀土氢化物分布于M颗粒的空隙中。

5.根据权利要求1所述的释能毁伤元，其特征在于，所述R的含量为4.5wt％～40wt％，0.08wt％～1.32wt％的H，余量为M。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的释能毁伤元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将M粉末和稀土氢化物粉末按所述稀土复合材料的成分配比混合；

b、所述粉末混合均匀后压制成预定形状的坯体；

c、将坯体放入真空气氛炉中进行烧结处理；

d、冷却后的烧结坯体在氢气气氛中热处理，制得毛坯；

e、所述毛坯经过机加工后，得到所述的释能毁伤元。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述M粉末的粒度D50为3μm～30μm，所述稀土氢化物粉末的粒度D50为3μm～20μm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤b中，将混合后粉末装入橡胶套中，在等静压机中压制成型，压制压力大于或等于150MPa，保压时间大于或等于30s。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤c中，在正压氢气或氩气气氛中进行烧结处理，烧结的温度为1470℃～2250℃，烧结时间5h～10h。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤d中，随炉冷却至100℃～350℃，在氢气气氛中进行热处理。