一種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁/鎢/聚四氟乙烯(A1/W/PTFE)含能材料的制備方法，屬于含能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁/聚四氟乙烯(A1/PTFE)含能材料是一種新型的“沖擊引發(fā)型含能材料”，與傳統(tǒng)含能材料不同的是，A1/PTFE含能材料是由兩種或兩種以上非爆炸性固體顆粒燒結(jié)而成的復(fù)合材料，在一般情況下是非常鈍感的，難以被起爆，安全性能極高。該材料兼有聚合物和金屬的雙重特性，其具有一定的韌性和強(qiáng)度，用其制成的反應(yīng)破片在撞擊目標(biāo)時(shí)可以對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生動(dòng)能侵徹作用，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行直接毀傷。與傳統(tǒng)鋼破片不同的是，反應(yīng)破片在撞擊作用下可以引發(fā)強(qiáng)烈的爆炸、燃燒等化學(xué)反應(yīng)并放出大量熱，大大提高了作用于目標(biāo)的能量總值。
[0003]基于A1/PTFE含能材料這一特性，由其制成的反應(yīng)破片不僅可以對(duì)目標(biāo)造成貫穿作用，其釋放的熱能還可以大大提高侵徹穿孔直徑且產(chǎn)生燃燒、類爆轟、內(nèi)爆等顯著的后效作用，提高了對(duì)目標(biāo)的毀傷效果。結(jié)合A1/PTFE含能材料的這些特點(diǎn)及現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，該材料被廣泛地應(yīng)用于破片和藥型罩的生產(chǎn)和加工上。
[0004]在撞擊過(guò)程中，由于A1/PTFE含能材料的強(qiáng)度和密度均較低，其侵徹能力受到限制?？紤]到鎢顆粒具有強(qiáng)度高、密度大和熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，采用其對(duì)A1/PTFE含能材料進(jìn)行顆粒增強(qiáng)，所制備的A1/W/PTFE含能材料的毀傷性能得到提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有A1/PTFE含能材料無(wú)法滿足現(xiàn)在的應(yīng)用需求，提供一種A1/W/PTFE含能材料的制備方法，該方法采用模壓燒結(jié)工藝，而且制備工藝簡(jiǎn)單、適宜批量生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法，具體步驟如下:
[0008]步驟一、將鋁粉和鎢粉混合均勻后，浸沒(méi)于無(wú)水乙醇中；向其中加入偶聯(lián)劑，得到固液混合物；其中，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不大于60%、鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%?30% ；
[0009]步驟二、向步驟一所得的固液混合物中加入聚四氟乙烯(PTFE)粉末，需保證PTFE粉末浸沒(méi)于無(wú)水乙醇中，混合均勻，然后干燥，得到混合粉末；其中，PTFE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%?80% ；
[0010]步驟三、將步驟二所得的混合粉末置于模具中，用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮以得到預(yù)壓成型試件；對(duì)預(yù)壓成型試件進(jìn)行燒結(jié)，得到最終試件。
[0011 ] 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。
[0012]步驟三所述用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮時(shí)的壓強(qiáng)為lOMPa?50MPa。
[0013]步驟三所述燒結(jié)時(shí)的燒結(jié)溫度為370°C?390°C，燒結(jié)時(shí)間為lh?3h。
[0014]有益效果
[0015]1、一種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法，采用常規(guī)的Al、W以及PTFE粉末作為原料，易于采購(gòu)，成本低廉；且制備工藝操作簡(jiǎn)單，成本低，適宜批量生產(chǎn)。
[0016]2、本發(fā)明提供的A1/W/PTFE含能材料相較于A1/PTFE含能材料，具有更高的密度和強(qiáng)度，當(dāng)W質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，其密度可達(dá)到3880kg/m3，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度極限可達(dá)119.30MPa，相較于傳統(tǒng)的A1/PTFE含能材料，強(qiáng)度極限提高了 21%，密度提高了 88%。此外，還可以通過(guò)改變W的含量來(lái)調(diào)節(jié)含能材料的反應(yīng)閾值和反應(yīng)釋能。這可以使得由這種含能材料制成的破片在爆炸加速過(guò)程中足夠鈍感不發(fā)生反應(yīng)，在撞擊侵徹過(guò)程中具有一定的密度和強(qiáng)度，能夠保證其具有較大的侵徹威力，并能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放能量，增加毀傷目標(biāo)能力。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解釋。
[0018]實(shí)施例1
[0019]—種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法，
[0020]該實(shí)施例提供的A1/W/PTFE含能材料按質(zhì)量比由如下成分構(gòu)成:W40 %，A115.9% , PTFE44.1%
[0021]1)原料粉配制:分別稱量出粒度為3 μ m的W粉40g，粒度為3 μ m的A1粉15.9g，粒度為25 μ m的PTFE粉44.lg。
[0022]2)表面改性:將上述所稱量的鋁粉和鎢粉混合并浸沒(méi)于適量無(wú)水乙醇中，向其中加入0.559g硅烷偶聯(lián)劑，浸泡6h。
[0023]3)混粉干燥步驟:向上述經(jīng)表面改性的金屬粉末中加入所稱量的PTFE粉末并浸沒(méi)于無(wú)水乙醇中，裝入高效混粉機(jī)進(jìn)行充分混合10h，置于電熱恒溫箱中進(jìn)行干燥，設(shè)置恒溫箱溫度為55 °C。
[0024]4)模壓成型步驟:將上述經(jīng)干燥后的的混合粉體置于直徑為10mm的鋼制圓柱模具中，用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，設(shè)置成型壓強(qiáng)為30MPa，壓力增速為30N/s，保壓時(shí)間為4min，保壓完成后，壓力以30N/s的降速緩慢卸載，脫模。
[0025]5)燒結(jié)成型步驟:采用燒結(jié)爐對(duì)上述經(jīng)壓制試件進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)之前將爐膛抽真空后通入氬氣，控制爐膛氣壓為0.2MPa。設(shè)置燒結(jié)溫度為380°C，燒結(jié)時(shí)間為lh，升溫速率60 °C /h，降溫速率為40 °C /h，降溫過(guò)程中于327°C保溫2h。
[0026]本實(shí)施例制備的A1/W/PTFE含能材料的密度為3050kg/m 3，反應(yīng)閾值為5700/s，在7000/s應(yīng)變率下材料所發(fā)生沖擊引發(fā)反應(yīng)的劇烈程度適中，該材料在應(yīng)變率6450/s下強(qiáng)度極限為111.90MPa，屈服強(qiáng)度為63.0OMPa。
[0027]實(shí)施例2
[0028]—種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法，
[0029]該實(shí)施例提供的A1/W/PTFE含能材料按質(zhì)量比由如下成分構(gòu)成:W60 %，A110.6% , PTFE29.4%
[0030]1)原料粉配制:分別稱量出粒度為3 μ m的W粉60g，粒度為3 μ m的A1粉10.6g，粒度為25 μ m的PTFE粉29.4g。
[0031]2)表面改性:將上述所稱量的鋁粉和鎢粉混合并浸沒(méi)于適量無(wú)水乙醇中，向其中加入0.706g硅烷偶聯(lián)劑，浸泡8h。
[0032]3)混粉干燥步驟:向上述經(jīng)表面改性的金屬粉末中加入所稱量的PTFE粉末并浸沒(méi)于無(wú)水乙醇中，裝入高效混粉機(jī)進(jìn)行充分混合8h，置于電熱恒溫箱中進(jìn)行干燥，設(shè)置恒溫箱溫度為65 °C。
[0033]4)模壓成型步驟:將上述一定質(zhì)量經(jīng)干燥后的的混合粉體置于直徑為10mm的鋼制圓柱模具中，用壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，設(shè)置成型壓強(qiáng)為30MPa，壓力增速為30N/s，保壓時(shí)間為4min，保壓完成后，壓力以30N/s的降速緩慢卸載，脫模。
[0034]5)燒結(jié)成型步驟:采用燒結(jié)爐對(duì)上述經(jīng)壓制試件進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)之前將爐膛抽真空后通入氬氣，控制爐膛氣壓為0.02MPa。設(shè)置燒結(jié)溫度為380°C，燒結(jié)時(shí)間為lh，升溫速率60 °C /h,降溫速率為40 °C /h,降溫過(guò)程中于327°C保溫2h。
[0035]本實(shí)施例制備的A1/W/PTFE含能材料的密度為3880kg/m 3，反應(yīng)閾值為6450/s，在7000/s應(yīng)變率下材料所發(fā)生沖擊引發(fā)反應(yīng)的較為微弱，該材料在應(yīng)變率6450/s下強(qiáng)度極限為119.30MPa，屈服強(qiáng)度為65.0OMPa。
[0036]實(shí)施例3
[0037]—種鋁/鎢/聚四氟乙烯含能材料的制備方法，
[0038]該實(shí)施例提供的A1/W/PTFE含能材料按質(zhì)量比由如下成分構(gòu)成:W20 %，A121.2% , PTFE58.8%
[0039]1)原料粉配制:分別稱量出粒度為3 μ m的W粉20g，粒度為3 μ m的A1粉21.2g,粒度為25 μ m的PTFE粉58.8g。
[0040]2)表面改性:將上述所稱量的鋁粉和鎢粉混合并浸沒(méi)于適量無(wú)水乙醇中，向其中加入0.412g硅烷偶聯(lián)劑，浸泡10h。
[0041]3)混粉干燥步驟:向上述經(jīng)表面改性的金屬粉末中加入所稱量的PTFE粉末并浸沒(méi)于無(wú)水乙醇中，裝入高效混粉機(jī)進(jìn)行充分混合12h，置于電熱恒溫箱中進(jìn)行干燥，設(shè)置恒溫箱溫度為55 °C。
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