CN117945819A - 一种提高混合炸药金属加速能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高混合炸药金属加速能力的方法，属于含能复合材料技术领域。包括以下步骤：(1)称取镓、铟、锡三种金属粉末，水浴中搅拌得液态金属；(2)将微米级铝粉与液态金属混合加分散剂，得分散后的微米级铝粉；(3)将分散后的微米级铝粉与金属氧化物混合加分散剂，得到微米级铝热复合材料；(4)采用水悬浮造粒方法制备炸药造型粉；(5)将炸药造型粉与微米级铝热复合材料在高温下混合，形成混合炸药造型粉后压制成药柱，得到混合炸药。本发明使用液态金属及超声混合使微米级铝粉的释能效率得到提高，得到微米级铝热剂，将其应用于混合炸药中，也增强了混合炸药的爆轰能力，提高了混合炸药的金属加速能力，使混合炸药的能量性能增强。
Description
技术领域
本发明涉及含能复合材料技术领域，具体涉及一种提高混合炸药金属加速能力的方法。
背景技术
高聚物粘结炸药(PBX)是由单质炸药和高分子高聚物粘结剂、添加剂等材料制成的混合炸药，是各种武器战斗部提高毁伤能力的主要技术手段。破片杀伤战斗部和杀爆战斗部是目前武器装备中使用较多的战斗部，它们利用高能PBX爆轰后形成冲击波超压、高温和壳体破碎后产生的高速金属破片，对预定目标实现结构性毁伤，并杀伤有生作战力量。对于破片杀伤战斗部，评估其杀伤能力的特性参数主要有破片速度、空间分布特性、质量分布特性等，其中破片速度与以格尼系数为关键特征参数的炸药驱动金属能力密切相关。因此，研究具有高驱动金属能力的PBX，提高武器装备对目标的高效毁伤能力，提高常规武器战斗部的能量水平和毁伤能力，缩小与先进水平的差距是目前急需解决的问题。
铝热剂是一种通过铝热反应放出大量热的含能材料，现主要是指活泼金属与金属氧化物组成的复合材料。金属氧化物如Fe2O3、MoO3等可与铝发生铝热反应，而金属氧化物在室温下稳定，采用金属氧化物与铝粉制成铝热剂，可以抑制铝粉氧化和团聚，增强铝粉燃烧温度，而有纳米铝粉的存在，使得铝热剂点火温度降低(比传统铝热剂低近900K)，放热速度变快(可达传统铝热剂的1000倍)，释能效率高(可达理论释能的90％)，纳米铝热剂在火炸药，火箭推进剂等方面的应用研究已经成为含能材料领域的研究热点。而近年来，对于纳米级铝粉的研究很多，以纳米级铝粉为基制备纳米氧化剂也是近年来研究的热点。
但对于工业生产中，因纳米级铝粉的粒径较小，对其在混合炸药、推进剂中成型性的有很大的影响，故对于混合炸药、推进剂等含能材料领域还是以微米级铝粉为主要物质。但微米级铝粉与金属氧化物复合不充分，铝粉表面氧化铝薄膜存在，导致微米级铝热剂的释能效率较低，放热不充分。所以，在不使用纳米级铝粉的情况下，提高微米铝粉的释能效率尤为重要。针对上述问题，本发明提供了一种提高混合炸药金属加速能力的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高混合炸药金属加速能力的方法，解决由于现有的微米级铝热剂铝粉与金属氧化物复合不充分，铝粉表面氧化铝薄膜存在，导致微米级铝热剂的释能效率较低，放热不充分的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种提高混合炸药金属加速能力的方法，具体包括以下步骤：
(1)按比例称取镓、铟、锡三种金属粉末，置入水浴中搅拌，混合均匀后形成液态金属；
(2)按比例将微米级铝粉与液态金属置于烧瓶中，加入分散剂，并加热超声搅拌，分散均匀后抽滤烘干，得到分散后的微米级铝粉；
(3)将分散后的微米级铝粉与金属氧化物置于烧瓶中，加入分散剂，并加热超声搅拌，分散均匀后抽滤烘干，得到微米级铝热复合材料；
(4)采用水悬浮造粒方法制备炸药造型粉；
(5)将炸药造型粉与微米级铝热复合材料在高温下混合，形成混合炸药造型粉后压制成药柱，得到混合炸药。
优选的，所述步骤(1)中，镓、铟、锡三种金属粉末的质量比为(65～68):(20～25):(7～15)；水浴温度为50～60℃，搅拌速率为300～500r/min。
优选的，所述步骤(2)中，微米级铝粉与液态金属的质量比为50:1～100:1。
优选的，所述步骤(3)中，金属氧化物为氧化铜(CuO)或氧化钼(MoO3)。
优选的，所述步骤(2)和所述步骤(3)中，分散剂为无水乙醇或正己烷；超声频率为20kHz～120kHz，超声时间为4h～8h；烘干温度为50～60℃，烘干时间为8h～12h。
优选的，所述步骤(4)中，水悬浮造粒方法的具体操作为：称取炸药单质于烧杯中，加水后升温加热搅拌，然后将高聚物粘结剂体系溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中，滴加完毕后进行保温，再将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到悬浮液中，保温，最后降温，过滤、干燥、过筛得到成型炸药造型粉。
优选的，所述炸药单质为六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)或奥克托今(HM X)与3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮(NTO)炸药中的混合；
所述高聚物粘结剂是醋酸丁酸纤维素(CAB)、氟橡胶F2601、聚异丁烯(P IB)中的一种。
优选的，所述步骤(5)中，炸药造型粉与微米级铝热复合材料的混合温度为80～100℃。
本发明还提供了上述一种提高混合炸药金属加速能力的方法制备得到的混合炸药。
优选的，所述混合炸药中，炸药单质含量为83wt％，微米级铝热复合材料的含量为6wt％～12wt％，高聚物粘结剂含量为5wt％～11wt％。
因此，本发明提供了一种提高混合炸药金属加速能力的方法，具体有益效果如下：
(1)本发明克服了现有技术不足，通过铝热复合材料的引进，提高了微米级铝粉的释能效率，将其应用于混合炸药中，也增强了混合炸药的爆轰能力，提高了混合炸药的金属加速能力，使混合炸药的能量性能增强。
(2)本发明的方法提升性能效果显著，而且制备工艺简单，通用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的包覆铝热复合材料后混合炸药膨胀速度与时间的关系图；
图2为本发明实施例2得到的包覆铝热复合材料后混合炸药膨胀速度与时间的关系图；
图3为本发明对比例1得到的包覆铝粉后混合炸药膨胀速度与时间的关系图；
图4为本发明对比例2得到的包覆铝粉后混合炸药膨胀速度与时间的关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种提高混合炸药金属加速能力的方法，具体包括以下步骤：
(1)按质量比为65：25：10称取镓、铟、锡三种金属，在55～60℃下搅拌20min，搅拌速率为400r/min，使其混合均匀，形成液态金属。
(2)称取10um铝粉20g，和0.02g的液态金属物质混合，置于100mL烧瓶中，加入30mL正己烷，并打开超声，加热至60℃，打开搅拌，搅拌速度为400r/min，在此温度此速度下充分混合分散6h，混合结束，抽滤烘干，在50℃真空烘箱中12h烘干，得到分散后的微米铝粉。
(3)将金属氧化物CuO与分散后的微米铝粉置于100mL烧瓶中，加入30mL正己烷，并打开超声，加热至60℃，打开搅拌，搅拌速度为400r/min，在此温度此速度下充分混合分散8h，混合结束，抽滤烘干，在50℃真空烘箱中12h烘干，得到微米级铝热复合材料。
(4)采用水悬浮造粒方法，将炸药单质150g的CL-20和36g的NTO以及蒸馏水300mL放入烧杯中，然后对烧杯进行水浴加热，设定温度为40～45℃，搅拌使炸药单质颗粒完全分散进蒸馏水中；并将CAB(醋酸丁酸纤维素)和双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛(BDNPF)溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中进行包覆、粘结，滴加完毕后保温10min，升温至50～60℃驱除溶剂；将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到驱除溶剂后的炸药悬浮液中，保温驱除溶液中的石油醚，直至颗粒有明显硬度时降温至30℃以下，过滤、干燥、过筛得到炸药造型粉。
(5)对炸药造型粉进行过滤、水洗涤、烘干，与微米级铝热复合材料在80～100℃下混合，完成铝热复合材料的包覆，采用不锈钢模具，在200～300kN条件下压制成Φ50mm的药柱。
进行圆筒试验后，得到混合炸药膨胀速度与时间的关系图，得出最大膨胀速度为1.877m/s，通过计算得到格尼系数为3.059。
实施例2
本实施例提供了一种提高混合炸药金属加速能力的方法，具体包括以下步骤：
(1)按质量比为65：25：10称取镓、铟、锡三种金属，在55～60℃下搅拌20min，搅拌速率为400r/min，使其混合均匀，形成液态金属。
(2)称取10um铝粉10g，和0.2g的液态金属物质混合，置于100mL烧瓶中，加入30mL无水乙醇，并打开超声，加热至60℃，打开搅拌，搅拌速度为400r/min，在此温度此速度下充分混合分散6h，混合结束，抽滤烘干，在50℃真空烘箱中12h烘干，得到分散后的微米铝粉。
(3)将金属氧化物MoO3与分散后的微米铝粉，置于100mL烧瓶中，加入30mL无水乙醇，并打开超声，加热至60℃，打开搅拌，搅拌速度为400r/mi n，在此温度此速度下充分混合分散8h，混合结束，抽滤烘干，在50℃真空烘箱中12h烘干，得到微米级铝热复合材料。
(4)采用水悬浮造粒方法，将炸药单质150g的HMX和36g的NTO以及蒸馏水300mL放入烧杯中，然后对烧杯进行水浴加热，设定温度为40～45℃，搅拌使炸药单质颗粒完全分散进蒸馏水中；并将氟橡胶F2601溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中进行包覆、粘结，滴加完毕后保温10min，升温至50～60℃驱除溶剂；将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到驱除溶剂后的炸药悬浮液中，保温驱除溶液中的石油醚，直至颗粒有明显硬度时降温至30℃以下，过滤、干燥、过筛得到成型炸药造型粉。
(5)对炸药造型粉进行过滤、水洗涤、烘干，与微米级铝热复合材料在80～100℃下混合，完成铝热复合材料的包覆，采用不锈钢模具，在200～300kN条件下压制成Φ50mm的药柱。
进行圆筒试验后，得到混合炸药膨胀速度与时间的关系图，得出最大膨胀速度为1.799m/s，通过计算得到格尼系数为2.922。
对比例1
本对比例提供了一种混合炸药的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用水悬浮造粒方法，将炸药单质150g的CL-20和36g的NTO以及蒸馏水300mL放入烧杯中，然后对烧杯进行水浴加热，设定温度为40～45℃，搅拌使炸药单质颗粒完全分散进蒸馏水中；并将CAB(醋酸丁酸纤维素)和双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛(BDNPF)溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中进行包覆、粘结，滴加完毕后保温10min，升温至50～60℃驱除溶剂；将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到驱除溶剂后的炸药悬浮液中，保温驱除溶液中的石油醚，直至颗粒有明显硬度时降温至30℃以下，过滤、干燥、过筛得到炸药造型粉。
(2)对炸药造型粉进行过滤、水洗涤、烘干，与铝粉在80～100℃下混合，完成铝粉的包覆，采用不锈钢模具，在200～300kN条件下压制成Φ50mm的药柱。
进行圆筒试验后，得到混合炸药膨胀速度与时间的关系图，如图1所示，得出最大膨胀速度为1.793m/s，通过计算得到格尼系数为2.877。
对比例2
本对比例提供了一种混合炸药的制备方法，具体步骤如下：
(1)采用水悬浮造粒方法，将炸药单质150g的HMX和36g的NTO以及蒸馏水300mL放入烧杯中，然后对烧杯进行水浴加热，设定温度为40～45℃，搅拌使炸药单质颗粒完全分散进蒸馏水中；并将氟橡胶F2601溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中进行包覆、粘结，滴加完毕后保温10min，升温至50～60℃驱除溶剂；将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到驱除溶剂后的炸药悬浮液中，保温驱除溶液中的石油醚，直至颗粒有明显硬度时降温至30℃以下，过滤、干燥、过筛得到成型炸药造型粉。
(2)对炸药造型粉进行过滤、水洗涤、烘干，与铝粉在80～100℃下混合，完成铝粉的包覆，采用不锈钢模具，在200～300kN条件下压制成Φ50mm的药柱。
进行圆筒试验后，得到混合炸药膨胀速度与时间的关系图，如图3所示，得出最大膨胀速度为1.666m/s，通过计算得到格尼系数为2.705。
本申请实施例和对比例中的炸药金属加速能力按国家军用标准GJB772A-1997方法705.2(标准圆筒试验法)文件规定进行测量，撞击感度按国家军用标准GJB772A-97方法601.1(撞击感度爆炸概率法)文件规定进行军测量，摩擦感度按国家军用标准GJB772A-97方法602.1(摩擦感度爆炸概率法)文件规定进行测量。测量结果如表1所示。
表1
| 密度g/cm3 | 撞击感度/％ | 摩擦感度/％ | 格尼系数 | |
| 实施例1 | 1.928 | 22 | 26 | 3.059 |
| 实施例2 | 1.846 | 16 | 20 | 2.921 |
| 对比例1 | 1.925 | 18 | 24 | 2.877 |
| 对比例2 | 1.845 | 10 | 12 | 2.705 |
综上，本发明使用液态金属及超声混合使微米级铝粉的释能效率得到提高，得到微米级铝热剂，将其应用于混合炸药中，也增强了混合炸药的爆轰能力，提高了混合炸药的金属加速能力，使混合炸药的能量性能增强。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按比例称取镓、铟、锡三种金属粉末，置入水浴中搅拌，混合均匀后形成液态金属；
(2)按比例将微米级铝粉与液态金属置于烧瓶中，加入分散剂，并加热超声搅拌，分散均匀后抽滤烘干，得到分散后的微米级铝粉；
(3)将分散后的微米级铝粉与金属氧化物置于烧瓶中，加入分散剂，并加热超声搅拌，分散均匀后抽滤烘干，得到微米级铝热复合材料；
(4)采用水悬浮造粒方法制备炸药造型粉；
(5)将炸药造型粉与微米级铝热复合材料在高温下混合，形成混合炸药造型粉后压制成药柱，得到混合炸药。
2.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，镓、铟、锡三种金属粉末的质量比为(65～68):(20～25):(7～15)；水浴温度为50～60℃，搅拌速率为300～500r/min。
3.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，微米级铝粉与液态金属的质量比为50:1～100:1。
4.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，金属氧化物为氧化铜或氧化钼。
5.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(2)和所述步骤(3)中，分散剂为无水乙醇或正己烷；超声频率为20kHz～120kHz，超声时间为4h～8h；烘干温度为50～60℃，烘干时间为8h～12h。
6.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，水悬浮造粒方法的具体操作为：称取炸药单质于烧杯中，加水后升温加热搅拌，然后将高聚物粘结剂体系溶液缓慢滴加到炸药悬浮液中，滴加完毕后进行保温，再将石蜡石油醚沸腾溶液快速加入到悬浮液中，保温，最后降温，过滤、干燥、过筛得到成型炸药造型粉。
7.根据权利要求5所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述炸药单质为六硝基六氮杂异戊兹烷或奥克托今与3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮的混合；
所述高聚物粘结剂是醋酸丁酸纤维素、氟橡胶F2601、聚异丁烯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种提高混合炸药金属加速能力的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，炸药造型粉与微米级铝热复合材料的混合温度为80～100℃。
9.一种混合炸药，其特征在于：所述混合炸药是采用权利要求1-8任一项所述的提高混合炸药金属加速能力的方法制备得到的。
10.根据权利要求9所述的一种混合炸药，其特征在于：所述混合炸药中，炸药单质含量为83wt％，微米级铝热复合材料的含量为6wt％～12wt％，高聚物粘结剂含量为5wt％～11wt％。
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