[发明专利]一种以微纳米铝热剂为材料的含能药型罩有效

专利信息
申请号: 201610044484.9 申请日: 2016-01-25
公开(公告)号: CN105642880B 公开(公告)日: 2018-02-13
发明(设计)人: 宋小兰;刘清浩;王毅;宋丹;安崇伟 申请(专利权)人: 中北大学
主分类号: B22F1/00 分类号: B22F1/00;B22F3/02;B22F5/00
代理公司: 太原华弈知识产权代理事务所14108 代理人: 李毅
地址: 030051*** 国省代码: 山西;14
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摘要:
搜索关键词: 一种 纳米 铝热剂 材料 含能药型罩
【说明书】:

技术领域

发明属于药型罩技术领域,涉及一种由铝热类含能材料组成的药型罩。本发明所述含能药型罩不仅具有极高的安全特性,而且具有很高的能量密度、适中的反应速度和较高的力学性能,可应用于高效毁伤领域。

背景技术

随着现代军工技术的发展,各类反应装甲防护技术得到了进一步提高,对目前破甲弹药型罩的选材、结构和制造工艺提出了严峻的考验。传统惰性药性罩所形成的射流在侵彻目标后后效不足,不能对敌目标进行足够的有效打击。在这个前提下,国内外都开启了活性药型罩(即含能药型罩)的研究。所谓“活性”,是指制造药型罩的材料不再完全是惰性的金属材料,而是采用在侵彻过程中可以释放大量化学能的活性材料。传统药型罩,如应用最广的铜罩,是靠机械力作用实现破甲,只能在装甲上形成一个射孔,打击效果有限。活性药型罩则是在保证机械力破甲(即穿孔)的同时,还能释放出大量化学能来辅助破甲,大幅增加毁伤效果(如增加破孔直径,以及破甲后的纵火效应等)。因此,用活性材料制造药型罩,是目前药型罩发展的一个新方向,但研究还很有限。

国外早已开展了活性药型罩的研究,但十分保密,目前仅能查到美国军方在2001年的一篇会议论文(E.L. Baker, A.S. Daniels, K.W. Ng, etc. Barnie: A Unitary Demolition Warhead[C]. 19th International Symposium of Ballistics, 7–11 May 2001, Interlaken, Switzerland, 569-574.)。该论文报道了一种名为“Barnie”的一元含能药型罩,该药型罩由一些未知的物质构成,所形成的射流在侵彻目标的过程中会发生剧烈化学反应,生成大量的热和气体,产生二次爆炸效应,并且已经成功应用于石质和混凝土靶材。从试验过程和结果来看,制造该药型罩的材质应该是一种密度较大的复合型含能材料。

国内对于活性药型罩的研究起步很晚,前期多见一些模拟和理论计算的文献,近两年才有少量关于制造和试验的研究。如,张子敏等(活性金属药型罩射孔弹破甲试验研究[J]. 爆破器材, 2013, 42(4): 53-56.)报道了一种活性金属药型罩射孔弹的配方、制备及破甲试验研究,以铝粉(Al)和镍粉(Ni)的混合物作为活性成分,聚四氟乙烯(PTFE)为粘结剂,利用Al和Ni之间的合金化反应(Al+Ni→AlNi)放热来达到增加毁伤效果的目的。但该反应在热力学上的放热量很小(1.38kJ/g),化学反应自由能较高(1000℃时ΔG=-101.95kJ/mol),因此并不是一个自蔓延的放热反应。从其实验效果中可以看出,与惰性罩相比,其毁伤效果提高并不大,而且没有纵火效应。严格的说,Al-Ni混合物只能称为活性材料,而不是含能材料。另外,采用PTFE作为粘结剂,会导致药型罩的力学性能变差。

辛春亮等(活性药型罩聚能装药子弹毁伤效应研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(Suppl.2): 217-220.)报道了一种活性药型罩,并试验了它的毁伤性能。其药型罩配方为Al-PTFE体系,该体系是一种放热较低的含能体系,缺点是药型罩密度小(~2.2g/cm3)、机械强度低、配方氧平衡不易掌握。特别是其配方中聚合物PTFE的质量分数达到70%,势必将严重影响药型罩的力学性能;并且,PTFE粉是一种聚合物粉末,其在爆炸驱动过程中很难产生高强度射流。另外,该药型罩是采用烧结工艺制成坯料,最后机加工而成。这种方法虽然适合于惰性粉末药型罩成型,但并不适合于含能药型罩的成型,因为烧结过程对含能材料来说十分危险,大幅增加了制备的危险性。

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