[发明专利]一种粉末堆积结构全金属活性材料的制备方法

说明书

本发明提出一种粉末堆积结构全金属活性材料的制备方法。采用包套冷轧工艺，对通过粉末成型法获得的活性材料坯体进行多道次连续轧制最终制备出具有较高释能特性的全金属活性材料。本发明的方法可以高效地获得块体全金属活性材料。在对活性材料坯体进行进一步加工时，通过添加包套，使具有粉末堆积结构的活性材料坯体在三向压应力的约束作用下发生变形，既避免了常规变形时由于材料脆性引起的开裂，又增大了单位体积内活性组元之间的接触面积，提高了活性材料的燃烧反应速度及反应效率。

技术领域

本发明涉及一种粉末堆积结构全金属活性材料的制备方法，属于全金属活性材料制备技术领域。

背景技术

活性材料(Reactive Materials)通常是指由两种或多种非炸药类固体物质所组成的在点火后可以自身或与空气发生反应同时释放大量化学能的含能材料。活性材料通常具有很高的能量密度和反应温度，在焊接，材料合成及军事领域具有广泛的应用。尤其作为活性破片使用时，可以释放大量能量并产生强烈爆炸或燃烧效应，大幅度提高战斗部毁伤目标的能力。目前活性材料主要包括金属-金属型、铝热剂型和金属-聚合物型等。其中，全金属活性材料除了具有较优的释能特性之外，还兼具有一定的密度及强度等力学性能，既可以在一定的载荷作用下保持结构的完整性，又有较强的侵彻能力，作为活性破片可实现穿燃或穿爆的双重毁伤，在国防领域具有很大的发展潜力。

目前常见的制备全金属活性材料的方法有冷等静压，物理气相沉积，冷喷涂，爆炸成型等。为使活性材料达到预期的性能指标，材料应具有较均匀的结构组成，较充分的界面结合，还要避免在制备过程中组元之间提前反应造成的能量损失以及爆炸等安全事故。其中物理气相沉积法可以制备颗粒尺寸为纳米级的薄膜，点火后材料具有极高的燃烧速率，但因其沉积效率低，不适于块体材料的制备，限制了材料在活性破片领域的应用。冷等静压，冷喷涂，爆炸成型作为有效制备块体全金属活性材料的方法具有各自的特点。其中，冷等静压成型具有生产周期短，成本低，工序简单等优点。但冷等静压最大的缺点在于材料的致密度较低，通常不到最大理论密度的80％，严重降低的活性材料单位体积的能量密度，同时由于材料孔隙率较高，点火后燃烧速率和效率都很低；爆炸成型具有极高的成型效率和极高的材料成型密度；冷喷涂工作温度低，对喷涂粒子和基体的热影响小，能有效避免材料制备过程中由高温所导致的组元间反应，材料致密度接近理论密度。采用爆炸成型或冷喷涂虽然都可以制备出致密的块体全金属活性材料，但组成材料的粉末仍属于机械堆积结构，材料强度低，且受工艺限制，粉末尺寸都属于微米级，在实际使用过程中会出现反应阈值温度较高，燃烧速度较慢甚至反应不充分等问题，严重影响材料的释能特性。因此必须通过冷加工变形对活性材料进行进一步的微观组织调控。

其中，轧制作为一种重要的加工变形方式可以使颗粒发生变形，增大单位体积内活性组元之间的接触面积，达到降低点火阈值和提高燃烧速率的目的。然而，由于通过爆炸成型或冷喷涂方法所制备的全金属活性材料坯体中粉末颗粒仍处于机械堆积状态，材料室温塑性变形能力差，甚至不足1％，采用传统的冷轧方法，材料极易开裂；此外，活性材料作为一种具有特殊应用背景的材料具有较高的温度敏感性，且材料中不同金属活性组元之间熔点差异较大，一般的高温热轧，会极易导致活性组元发生反应，从而大幅降低材料在实际使用中的能量释放效果，甚至引起爆炸等安全问题。因此，材料制备的关键在于如何在保证坯体完整性及不发生反应的前提下改善材料内部组织。为解决材料变形开裂的问题，本发明采用添加包套的方法对粉末堆积结构的活性材料坯体进行轧制变形，同时控制温度，防止材料提前发生反应。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有制备工艺存在的不足，提出一种粉末堆积结构全金属活性材料的制备方法，本发明的方法克服了金属基活性材料对温度敏感的问题，采用低温粉末成型与包套冷轧相结合的方法制备出无裂纹的全金属活性材料板材，通过多道次小变形冷轧工艺改善了金属活性材料坯体的微观组织，提高活性组元的接触面积，进而降低活性材料的点火阈值温度并提高燃烧反应速率。

本发明是通过如下技术方案来实现的。