[发明专利]基于纳米Al/MxOy/氧化剂的含能破片

说明书

本发明涉及一种基于纳米Al/M_xO_y/氧化剂的含能破片，由以下质量百分含量的原料混合压制得到：纳米铝粉10～30%、过渡金属氧化物(M_xO_y)30～60%、氧化剂10～40%、二茂铁1～5%、猛炸药1～7%、混合粘结剂3～8%。本发明制备的含能破片能量密度高、安全性能好、容易引发且纵火能力强，在炸药驱动时不会立即反应，但侵彻过程中可以发生强烈的化学反应并放出极高的热量，且能生成高温炽热的、具有流动性的反应产物。

技术领域

本发明属于含能材料制备技术领域，具体涉及一种由纳米Al、M_xO_y、氧化剂为材质制备的含能破片，主要应用于高效毁伤领域。

背景技术

用于战斗部毁伤领域的破片主要有惰性破片、普通活性破片和含能破片三种。其中惰性破片一般由具有较高密度的金属如钢、铜、钨及其合金等制成；普通活性破片是用可以燃烧的金属如锆、镁、铀及其合金等制成；含能破片则是一种由含能材料构成的复合结构破片，其主要针对工艺结构比较简单、对于制导精度要求相对较低的新型战斗部。

战斗部炸药爆炸后，爆轰的能量驱动破片高速飞出。如果是惰性破片，高速破片只能起到机械杀伤的作用。普通活性破片在侵彻过程中可以燃烧，从而扩大毁伤效果，但其燃烧要借助空气中的氧气，因此在反应动力学上表现出很大的劣势。含能破片则不同，其由含能材料构成，自身具有符合氧平衡的燃料和氧化剂，高速撞击目标后，不但具有机械破坏效果，而且破片受到高剪切力作用，还可引发内部含能材料发生剧烈化学反应，放出大量的热，形成大量高温(＞2000℃)且具流动性的反应产物以及大量的金属蒸汽，对目标起到高效毁伤的作用。

然而，并不是所有的含能材料都能够作为含能破片的材料来使用，如普通的猛炸药或火药就无法使用。单纯猛炸药有三个方面的不足：1) 密度过低(＜2.0g/cm³)，几乎无侵彻效果；2) 感度过高，在爆炸驱动过程中容易被引爆，或在刚刚撞击到目标时就被引爆；3) 反应速率过快(微秒级)，反应热过于集中的释放使得猛炸药不具备纵火效果。普通火药(炸药和推进剂)的不足则是密度过低且反应气态产物过多，而高温凝聚相产物几乎没有，这导致其后续纵火作用很不好。因此，用于制造破片的含能材料必须首先具有一定的密度，这样在爆炸驱动后才有足够的动能；其次，还要在爆炸驱动时不殉爆或不很快发生反应，但也不能太钝感，否则等同惰性破片，最好是在侵彻过程中被引发，反应速度要适中，不能过快，也不能过慢；第三，反应产物应能生成高温的凝聚相残渣(特别是具有流动性的液态残渣)，这样有助于提高毁伤和纵火效果。

目前已有一些关于含能破片的研究报道，但主要集中于理论模拟和计算，涉及具体配方真正制备出含能破片并进行试验的研究并不多。彭飞等(含能破片战斗部毁伤效应研究[J]. 含能材料, 2011, 19(4): 450-453.)将Al/PTFE压制成含能破片，并研究了它对钢靶的穿靶能力。该破片存在的问题是密度较低(ρ_Al=2.7g/cm³，ρ_PTFE=2.1～2.3g/cm³)，能量密度低，不易引发，氧平衡难掌握，反应速率过慢，而且破片的力学性能较差。