CN115819161B - 一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，属于含能材料、活性破片材料领域。本发明的目的是为了提供一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法。将高热值元素B引入活性材料体系中，进而制备出硼基活性材料微弹丸，该方法采用硼粉预处理、混粉、模压、烧结、二次成型等工艺，过程简单，无特殊工艺要求。本发明设计一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，该含能微弹丸具有活性高、安全性能佳、力学强度适中、加工性能优良、效费比高等优点，与同等质量的单一惰性破片相比，作为一种新型毁伤元，其在一定的冲击条件下可产生力‑化‑热耦合的综合毁伤效应，在未来防空反导等杀爆类战斗部中的应用具有巨大潜力。

Description

一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，属于含能材料、活性破片材料领域。

背景技术

伊拉克战争中曾出现美国“爱国者”导弹拦截伊拉克“飞毛腿”导弹时“击而不毁”的情况，这使得被攻击方仍会受到来袭目标的打击。现代武器不仅要追求打得准，打的狠更是尤为重要，要做到命中即摧毁，这就要战斗部完成弹药高效毁伤或完成既定终点效应。现役常规战斗部的威力构成主要取决于三个方面高能炸药提供毁伤能量、战斗部结构设计合理分配利用毁伤能量、毁伤元打击目标，从炸药方面看，目前三代药CL-20虽具有高能量，但离大规模的普及应用还需一段历程；改变战斗部的结构设计往往会牺牲其它方面的能力的来代替，其带来的能量增益具有很大的局限性；毁伤元方面，常规的惰性金属毁伤元毁伤机制单一、后效不好。弹药威力不足，是全世界各国都面临的难题，其中原因既有炸药能量问题、结构设计方面的，但是最根本的是现役惰性金属毁伤元单一动能毁伤机理所限制的。21世纪初期，美国提出一项极具颠覆性的概念-武器终端毁伤概念，即活性毁伤材料增强战斗部技术(Reactive Materials Enhanced Warhead)，为大幅提高武器的毁伤能力开辟了新方向。

所谓活性材料是一种由多种非炸药类固体物质通过特殊方法制成，在高温或高速冲击环境下可自行或与空气发生反应并释放大量能量的含能材料体系，其中非炸药类固体物质常见的体系有金属-金属型混合物、金属-氧化物型混合物、金属-聚合物型混合物、亚稳态分子间复合物等。从中可以看出，金属组分存在于每一个体系中，其作用不言而喻，目前体系常用的的金属有镁(Mg)、铝(Al)、钽(Ta)、铪(Hf)、锆(Zr)、镍(Ni)等。硼(B)作为一种具有极高热值的燃料，其质量热值约为58.9kJ/g，是Al(30.8kJ/g)的两倍左右，体积热值为138.9kJ/cm³，约为Al(83.3kJ/cm³)的1.7倍，在含能材料应用领域具有极大的潜力，但将高热量物质B引入活性材料体系中少有报道。主要是因其表面氧化硼的熔点较低，在燃烧过程中形成致密的液体氧化层，隔绝其与外界氧化性物质接触，致使B颗粒燃烧不充分，其表面还容易吸水造成相关技术工艺恶化等，大大限制了B在含能材料中的应用。

鉴于上述问题，提高B的能量释放率，改善其在活性材料等含能领域的应用尤其是增强毁伤元毁伤能力方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法。将高热值元素B引入活性材料体系中，进而制备出硼基活性材料微弹丸，该方法采用硼粉预处理、混粉、模压、烧结、二次成型等工艺，过程简单，无特殊工艺要求。

本发明涉及一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，该含能微弹丸具有活性高、安全性能佳、力学强度适中、加工性能优良、效费比高等优点。与同等质量的单一惰性破片相比，作为一种新型毁伤元，其在一定的冲击条件下可产生力-化-热耦合的综合毁伤效应，毁伤效果增强，在未来防空反导等杀爆类战斗部中的应用具有巨大潜力。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：首先对硼粉进行预处理，解决其工艺恶化等问题；

步骤二：通过混粉、模压、烧结、二次成型等工艺制备出含能微弹丸，其中，B为16％、Mg为8.5％、W为25.5％、PTFE为50％，最终得到含能微弹丸，理论密度为2.79g/cm³；

有益效果

1、一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，采用常规的金属粉末、高热值金属硼、聚四氟乙烯粉通过硼粉预处理、混粉、模压、烧结、二次成型等相关工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。

2、本发明提出的一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，其含能微弹丸相对于过去报道的单一惰性破片，其毁伤能力增强，具有高安全性、效费比高等优点。

附图说明

图1是原料硼粉透射电镜图；

图2是实施例1预处理后的硼粉透射电镜图；

图3是实施例1中硼基活性材料含能微弹丸烧结时的温度曲线照片；

图4是实施例1制备出的硼基活性材料含能微弹丸照片；

图5是实施例1普通钢破片对靶板的毁伤过程；

图6是实施例1制备出的硼基活性材料含能微弹丸对靶板毁伤过程。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明做进一步说明。

实施例1

一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，具体步骤如下：

(1)硼粉的预处理

浸泡：称取适量原料硼粉(90硼)，量取适量正己烷置于50mL的透明烧杯中，保证正己烷可以没过硼粉，在通风橱中浸泡6h，期间要保证正己烷一直没过硼粉；

超声：向浸泡过后的硼粉中加入适量乙腈，并置于超声清洗器中进行超声振荡0.5h；

真空烘干：将超声清洗过后的硼粉置于70℃真空烘箱中，烘干1h备用，其处理后的硼粉透射电镜图如图2所示。

(2)制备含能微弹丸破片

混粉：各组分质量比为：硼粉/镁粉/钨粉/聚四氟乙烯＝16/8.5/25.5/50，即称取预处理后的硼粉16g、镁粉8.5、钨粉25.5g、聚四氟乙烯粉50g，烘干，置于全方位行星式球磨机中混合2h，转速200rpm/min，混匀；

模压：将上述混合均匀的粉末加入到特制的成型模具中进行预压制，压强为30MPa，加压速率设置为30N/s，保压时长5min，泄压速率设置为30N/s，泄压完成后脱模，得到模压后的微弹丸；

烧结：将上述脱模后的微弹丸置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，按1℃/min的升温速率升至380℃，保温2h，按1℃/min的降温速率降至327℃，保温2h，然后随炉冷却至室温，得到单个硼基活性材料含能微弹丸；

二次成型：将烧结后的含能微弹丸再次进行模压操作，最终得到尺寸为Φ5×5mm的硼基活性材料含能微弹丸，如图4所示；

分别用惰性钢破片和硼基活性材料含能微弹丸进行弹道枪打靶试验，本实施例中钢破片尺寸为Φ10×10mm、密度7.85g/cm³，单个质量6.16g，垂直入射，着靶速度～1150m/s，惰性破片在碰撞目标靶板时只有单一动能侵彻毁伤，毁伤过程如图5所示。硼基活性材料含能微弹丸，在～1200m/s速度下垂直撞击靶板，穿孔直径约为9mm，接近2倍含能微弹丸直径，造成动能侵彻-化学爆炸-高温纵火耦合毁伤效果，其毁伤过程如图6所示。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：首先对硼粉进行预处理，解决其工艺恶化的问题；

其中，硼粉的预处理包括以下步骤：

浸泡：称取原料硼粉，并与正己烷一同置于50mL透明烧杯中，且所述正己烷没过所述硼粉，并在通风橱中浸泡6h，期间所述正己烷一直没过所述硼粉；

超声：向浸泡后的硼粉中加入适量乙腈，并通过超声清洗器进行超声振荡0.5h；

真空烘干：将超声清洗后的硼粉置于70℃真空烘箱中，烘干1h备用；

步骤二：通过混粉、模压、烧结、二次成型工艺制备出含能微弹丸，其中，B为16％、Mg为8.5％、W为25.5％、PTFE为50％，最终得到硼基活性材料含能微弹丸，理论密度为2.79g/cm³；

其中，制备含能微弹丸包括以下步骤：

混粉：按照各组分质量比为硼粉：镁粉：钨粉：聚四氟乙烯＝16:8.5:25.5:50称取，并烘干，随后置于全方位行星式球磨机中以转速为200rpm/min进行混合2h，以此混合均匀；

模压：将混合均匀后的粉末置于成型模具中进行预压制，且在压强为30MPa，加压速率为30N/s下保压5min，随后以泄压速率为30N/s进行泄压，脱模得到微弹丸；

烧结：将脱模后的微弹丸置于烧结炉中烧结，并在烧结过程中通入氩气气氛，按照1℃/min的升温速率升至380℃，且保温2h，再按照1℃/min的降温速率降至327℃，且保温2h，随后随炉冷却至室温，最后得到单个硼基活性材料含能微弹丸；

二次成型：将烧结后的含能微弹丸进行二次模压，最终得到尺寸为φ5×5mm硼基活性材料含能微弹丸。

2.如权利要求1所述的一种硼基活性材料含能微弹丸的制备方法，其特征在于：步骤二所述的硼粉为经过预处理的90硼。