CN117346603A - 一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸的制备方法与工艺，兼具了氟聚物基活性材料与储能材料的优点。基本材料由含能微弹丸基础配方和高爆热增效剂和储能结构组成。该微弹丸在打击目标物的时，侵彻破坏能力明显增强、化学反应剧烈。最为重要的一点是：当壳体可以侵彻以后，内置储能结构在速度力量的撕扯下，成为单丝附着材料。附着到空中飞行武器的基体外壳上，破坏其隐身材料。一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸在防空、反导领域有着重大作用。

Description

一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸

技术领域

本发明涉及一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，属于含能材料、活性破片领域。

背景技术

目前，氟聚物基活性材料作为一种活性毁伤元，由于其优异的动能侵彻和高效毁伤的能力成为研究热点。含能微弹丸是新发展一类新概念毁伤含能材料，在高速冲击、引燃或者激光点火的情况下发生剧烈氧化还原反应，氟聚物的气态效应形成高温、超压效应等。在防空反导、破甲杀伤等领域具有广阔的应用前景。

以北京理工大学为首的研究团队，已经开发出一系列储能结构的配方以及工艺。利用螺旋型储能结构件的储能破片，具有爆炸威力大、毁伤面积大等优点。氟聚物基含能微弹丸的作用机理为氟聚物和活性金属之间的剧烈氧化还原反应，释放高温。既能精确侵彻目标物，又能通过气体膨胀效应做工。储能破片，是在氟聚物活性材料上的进一步创新与进步，储能螺旋结构件装填在破片内部。在发射和飞行过载力的作用下，可使处于弱约束状态的毁伤单元发生结构破坏后释放储能破片，对薄铝板、纤维增强树脂、氧化铝陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、陶瓷基复合材料等薄壳结构具有优异的毁伤效果，在防空反导领域具有潜在的应用价值。胶囊式基于储能破片微弹丸的产生是集上述效果为一体的终端毁伤武器，将在现代军事战场上发挥巨大作用。

发明内容

本发明综合了氟聚物基活性破片，储能破片为一体。利用含能微弹丸的威力及综合毁伤效应原理，在单位质量、单位装配面积内大幅度提高毁伤效果与毁伤面积。储能结构件的设计，采用C、Mn、P、S、Si、Cr、Ni、N、Fe、FeO等元素的合理配比获得储能原材料浆料。通过拉丝、绕制、热处理等工艺过程制得储能结构件。在此过程中可以加入适量的爆热增效剂如氧化铜、氧化铁等。氟聚物活性材料的制备，将铝粉/惰性金属填料/聚四氟乙烯粉置于行星式球磨机中混合均匀。混粉结束，将其转移到模具中，然后将储能结构件放到模具中合适的位置处。压制、烧结，最终的得到储能破片。最后一步为“胶囊”壳体内部储能破片的装填。胶囊壳体材料选用DT300，内部尽可能的装填足够多的储能破片。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝,钢丝的主要成分如下：C、Mn、P、S、Si、Cr、Ni、N。将钢丝材料经过拉丝、热处理、绕制等加工过程，制得塔簧型储能结构件。

步骤二：将储能结构件与氟聚物/金属材料进行组装，得到内置螺旋形储能结构件的破片。

步骤三：将储能破片装填到胶囊式壳体材料中，获得含能微弹丸。

有益效果

1、一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，储能结构件的配方已经相对成熟、加工工艺过程简单，无特殊工艺要求。

2、储能结构件与含能破片合理装填，在较短的动能侵彻时间内，达到二次毁伤的效果，有效扩大毁伤面积的效果。

3、本发明制造的基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，在有限的空间内较合理的安排了装填体积与空间排布。相对于原始的聚四氟乙烯/金属活性破片，侵彻能力扩大到原来的10倍及以上，毁伤面积扩大到原来的50倍。

附图说明

图1本发明储能结构件示意图；

图2本发明储能破片的示意图；

图3本发明基于储能破片的胶囊式含能微弹丸示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例与附图对本发明进一步说明。

实施例1

(1)储能结构件的制备

通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝，其中，C为0.08％、 Mn为2.00％、P为0.035％、S为0.015％、Si为0.75％、Cr为18.00～20.00％、Ni为8.00～10.50％、 N为0.10％，余量为Fe；储能结构件制备的重点控制拉丝过程，控制拉丝直径在0.5-1.0mm 之间，选用的拉伸强度为1500MPa。拉丝完成之后对其进行热处理，改善钢丝内部组织结构，获得韧性高、塑性大的材料。后续对单根储能材料进行绕制。按照圆锥性的形貌进行绕制，底部半径为5mm，按照30°的倾斜角进行绕制，获得“塔簧”型储能结构件。

(2)氟聚物/金属活性材料的制备以及组装成型过程。

混粉：各组分质量比为：铝粉/钨粉/聚四氟乙烯＝10/10/30/50，即称取铝粉10g、钨粉30g、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，按计算的质量加入特制的成型模具中，合理装配储能结构件进行预压制，压强为30MPa，加压速率30N/s，保压时长5min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到储能破片。

烧结：将上述脱模后的成型试件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度 360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种储能破片。

(3)胶囊壳体的设计以及内部破片的装填问题。

胶囊壳体采用底部圆柱形状，由底部往头部逐渐过渡，头部为弹头形状。连续梯度式的过渡形貌，可以装填不同直径梯度的储能破片。同时连续的、光滑的形貌，不存在过多的倒角，工艺过程简单、无特殊工艺要求。胶囊壳体的材质为DT300，底部最大直径为12mm，按照 30°的倾斜过渡角进行设计。氟聚物活性材料破片梯度为1mm，精准装填。

实施例2

(1)储能结构件的制备

通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝。配方具体如下，C 为0.08％、Mn为2.00％、P为0.035％、S为0.015％、Si为0.75％、Cr为18.00～20.00％、Ni 为8.00～10.50％、N为0.10％，余量为FeO、CuO材料。储能结构件制备的重点控制拉丝过程，控制拉丝直径在0.5-1.0mm之间，选用的拉伸强度为1500MPa。拉丝完成之后对其进行热处理，改善钢丝内部组织结构，获得韧性高、塑性大的材料。后续对单根储能材料进行绕制。按照圆锥性的形貌进行绕制，底部半径为5mm，按照30°的倾斜角进行绕制，获得“塔簧”型储能结构件。

(2)氟聚物/金属活性材料的制备以及组装成型过程。

混粉：各组分质量比为：铝粉/钨粉/聚四氟乙烯＝10/10/30/50，即称取铝粉10g、钨粉30g、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，按计算的质量加入特制的成型模具中进行预压制，然后加入预制储能原件，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，得到储能破片。

烧结：将上述脱模后的成型试件置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度 360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种储能破片。

(3)胶囊壳体的设计以及内部破片的装填问题。

胶囊壳体采用底部圆柱形状，由底部往头部逐渐过渡，头部为弹头形状。连续梯度式的过渡形貌，可以装填不同直径梯度的储能破片。同时连续的、光滑的形貌，不存在过多的倒角，工艺过程简单、无特殊工艺要求。胶囊壳体的材质为DT300，底部最大直径为12mm，按照 30°的倾斜过渡角进行设计。氟聚物活性材料破片梯度为1mm，精准装填。在此实施例中，我们引入新的对照实验。我们采用最简单的随机装填进行了对比试验。用直径全部为5mm的破片装填，测得装填密度下降20％，毁伤面积降低30％。精准装填，对于破片的要求较高，但毁伤威力的得到很大的提升，在某些特定的战斗场合将发挥相当重要的作用。

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 (3)

1.一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝,钢丝的主要成分如下：C、Mn、P、S、Si、Cr、Ni、N。将钢丝材料经过拉丝、热处理、绕制等加工过程，制得“塔簧”型储能结构件。

步骤二：将储能结构件与氟聚物/金属材料进行组装，得到内置螺旋形储能结构件的破片。

步骤三：将储能破片装填到胶囊式壳体材料中，获得含能微弹丸。

2.如权利要求1所述的一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，其特征步骤在于：步骤一所述的通过各元素合理配比，制得“塔簧”型储能结构件。

3.如权利要求1所述的一种基于储能破片的胶囊式含能微弹丸，其特征步骤在于：合理组装储能结构件与氟聚物金属材料，得到储能破片；合理装填到壳体材料中，获得含能微弹丸。