CN114426751A - PTFE-Al-P含能结构材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PTFE‑Al‑P含能结构材料及其制备方法，包括PTFE组分50‑70wt%，Al组分15‑25wt%，P组分10‑25wt%；本发明向PTFE‑Al体系添加P，P在空气中的燃烧形成了二次纵火效果，且在高温的促进作用下可能会激活更加充分的反应，从而使活性材料具有良好的综合释能特性，提升毁伤效能；采用粉末冶金工艺技术，具有制备高效，成本低的特点，可实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种PTFE-Al-P含能结构材料及其制备方法。
背景技术
氟聚物基含能材料是一种新型含能结构材料，又称为冲击引发类反应材料，是由含氟聚合物和活性金属/非金属材料组成，以一定的制备工艺制备而成。PTFE-Al 是最先被研究的氟聚物基活性材料，与传统的高炸药相比，PTFE-Al 具有更高的能量密度，更高的强度和更好的可加工性，且在热刺激或冲击载荷的作用下会产生超压、纵火、引燃/引爆等毁伤效果，在军事国防领域具有巨大的应用前景。
当前活性材料的研究主要围绕 PTFE-Al 展开，这种材料在高速撞击的过程中通过 PTFE-Al 之间的化学反应释放能量，但它的能量输出较低，并且由于PTFE导热性较差使得材料扩散传质受限，导致反应不完全，阻碍了它们的进一步应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能量释放效率高、化学能毁伤效能进一步加强的含能结构材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种PTFE-Al-P含能结构材料，包括PTFE组分50-70wt%，Al组分15-25wt%，P组分10-25wt%。
优选的是，所述PTFE采用平均粒径为15-25μm的粉体，Al采用平均粒径为5-15μm的粉体，P采用平均粒径为20-40μm的粉体。
一种PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.球磨混粉，称取平均粒径为15-25μm的PTFE粉体50-70份，平均粒径为5-15μm的Al粉体15-25份，平均粒径为20-40μm的P粉体10-25份，并采用硬质合金磨球作为磨料，将原料粉体和硬质合金磨球加入到球磨罐内，接着将球磨罐固定在球磨机上进行球磨获得含能粉体；
S2.成型，将S1制备的含能粉体装进橡胶模具内，采用冷等静压工艺压制获得含能材料坯体；
S3.真空烧结，对含能材料坯体进行真空烧结处理，所述真空烧结包括以下步骤：
a) 采用真空泵对炉膛进行抽真空，直至真空度达到0.01Pa附近；
b) 以40℃/h的升温速率加热炉膛使炉膛温度升高至327-350℃，然后保温4h以上；
c)炉冷降低至室温，得到PTFE-Al-P含能结构材料。
优选的是，S1中，球磨工艺参数为：球磨转速150-300r/min，球磨时间不小于1h，后获得含能粉体。
优选的是，S1中，球磨每运行10-20min需停止5-10min以降低球磨罐内磨球的温度。
优选的是，S2中，冷等静压工艺参数为：压力为200MPa，保压时间为20min。
优选的是，所述PTFE粉体、Al粉体、P粉体的平均粒径之比为2:1:3，以形成级配颗粒。
优选的是，S3中，加热炉膛使炉膛温度升高至327℃并保持。
优选的是，S1中，硬质合金磨球的用量为100-300份。
本发明至少具有以下优点：
1）向 PTFE-Al体系添加P，P在空气中的燃烧形成了二次纵火效果，且在高温的促进作用下可能会激活更加充分的反应，从而使活性材料具有良好的综合释能特性，提升毁伤效能；
2）采用粉末冶金工艺技术，具有制备高效，成本低的特点，可实现工业化生产。
附图说明
图1为一种PTFE-Al-P含能结构材料的的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
一种PTFE-Al-P含能结构材料，包括PTFE组分50-70wt%，Al组分15-25wt%，P组分10-30wt%。为了提高Al/PTFE的动能和化学能毁伤能力，向 PTFE-Al 体系中添加P，使活性材料在冲击载荷的条件下裂解成大量含P破片，P在空气中氧化到表面积聚的能量使温度达到40℃时，便达到燃点而自燃，直到消耗完为止，达到二次纵火效果。同时P在燃烧过程中温度可达1000℃以上，可以使未反应的 PTFE-Al在高温下继续反应，提高材料的反应效率和能量输出，提升毁伤效能。
所述PTFE采用平均粒径为15-25μm的粉体，Al采用平均粒径为5-15μm的粉体，P采用平均粒径为20-40μm的粉体。
实施例2
如图1所示，一种高密度PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法；
（1）球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉体66.1g，平均粒径为10μm的Al粉23.9g，平均粒径为30μm的P粉10g，硬质合金磨球200g，将称量好的原料粉体和磨球加入到球磨罐内，接着将球磨罐固定在球磨机上进行球磨获得含能粉体。其中球磨工艺参数为：球磨转速为200r/min，球磨时间为2h后获得含能粉体。其中，每球磨20min需停止10min以降低球磨罐内磨球的温度。
（2）成型：将球磨混粉制备的含能粉体装进橡胶模具内，采用冷等静压工艺压制获得含能材料坯体。其中冷等静压工艺参数为：压力为200MPa，保压时间为20min。
（3）真空烧结：对含能材料坯体进行真空烧结处理，所述真空烧结包括以下步骤：a) 采用真空泵对炉膛进行抽真空，直至真空度达到0.01Pa；b) 以40℃/h的升温速率加热炉膛使炉膛温度升高至327℃，保温时间为5h。c)炉冷降低至室温，得到PTFE-Al-P含能结构材料。在327℃时，PTFE材料的机械强度突然下降或消失，有利于真空烧结。应严格控制温度，防止温度过高时，在长时间的保温过程中PTFE材料分解。
实施例3
一种高密度PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法；
（1）球磨混粉：称取平均粒径为20μm的PTFE粉体58.8g，平均粒径为10μm的Al粉21.2g，平均粒径为30μm的P粉20g，硬质合金磨球200g，将称量好的原料粉体和磨球加入到球磨罐内，接着将球磨罐固定在球磨机上进行球磨获得含能粉体。其中球磨工艺参数为：球磨转速为200r/min，球磨时间为2h后获得含能粉体。其中，每球磨20min需停止10min以降低球磨罐内磨球的温度。所述PTFE粉体、Al粉体、P粉体的平均粒径之比为2:1:3，以形成级配颗粒，使制成的材料体系的密度更大，进一步提高材料的动能侵彻能力。
（2）成型：将球磨混粉制备的含能粉体装进橡胶模具内，采用冷等静压工艺压制获得含能材料坯体。其中冷等静压工艺参数为：压力为200MPa，保压时间为20min。
（3）真空烧结：对含能材料坯体进行真空烧结处理，所述真空烧结包括以下步骤：a) 采用真空泵对炉膛进行抽真空，直至真空度达到0.01Pa；b) 以40℃/h的升温速率加热炉膛使炉膛温度升高至327℃，保温时间为5h。c)炉冷降低至室温，得到PTFE-Al-P含能结构材料。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (9)
1.一种PTFE-Al-P含能结构材料，其特征在于，包括PTFE组分50-70wt%，Al组分15-25wt%，P组分10-25wt%。
2.根据权利要求1所述的PTE-Al-P含能结构材料，其特征在于，所述PTFE采用平均粒径为15-25μm的粉体，Al采用平均粒径为5-15μm的粉体，P采用平均粒径为20-40μm的粉体。
3.一种PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.球磨混粉，称取平均粒径为15-25μm的PTFE粉体50-70份，平均粒径为5-15μm的Al粉体15-25份，平均粒径为20-40μm的P粉体10-25份，并采用硬质合金磨球作为磨料，将原料粉体和硬质合金磨球加入到球磨罐内，接着将球磨罐固定在球磨机上进行球磨获得含能粉体；
S2.成型，将S1制备的含能粉体装进橡胶模具内，采用冷等静压工艺压制获得含能材料坯体；
S3.真空烧结，对含能材料坯体进行真空烧结处理，所述真空烧结包括以下步骤：
a) 采用真空泵对炉膛进行抽真空，直至真空度达到0.01Pa附近；
b) 以40℃/h的升温速率加热炉膛使炉膛温度升高至327-350℃，然后保温4h以上；
c)炉冷降低至室温，得到PTFE-Al-P含能结构材料。
4.根据权利要求3所述的PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，S1中，球磨工艺参数为：球磨转速150-300r/min，球磨时间不小于1h，后获得含能粉体。
5.根据权利要求3所述的PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，S1中，球磨每运行10-20min需停止5-10min以降低球磨罐内磨球的温度。
6.根据权利要求3所述的PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，S2中，冷等静压工艺参数为：压力为200MPa，保压时间为20min。
7.根据权利要求3所述的PTE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，所述PTFE粉体、Al粉体、P粉体的平均粒径之比为2:1:3，以形成级配颗粒。
8.根据权利要求3所述的PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，S3中，加热炉膛使炉膛温度升高至327℃并保持。
9.根据权利要求3所述的PTFE-Al-P含能结构材料的制备方法，其特征在于，S1中，硬质合金磨球的用量为100-300份。
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