CN112759871B

CN112759871B - 一种简易夹层式复合结构储能破片及其制备方法

Info

Publication number: CN112759871B
Application number: CN202110079619.6A
Authority: CN
Inventors: 束庆海; 赵帅; 吕席卷; 邹浩明; 杜君宜; 王宏佳; 高峰; 文萍; 姬龙; 贾鑫
Original assignee: State Owned Changhong Machinery Factory; Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: State Owned Changhong Machinery Factory; Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: CN112759871A

Abstract

本发明公开了一种简易夹层式复合结构储能破片及其制备方法，属于含能材料、活性破片材料技术领域；一种简易夹层式复合结构储能破片，包括有螺旋结构件A、活性含能结构件B和塔状弹簧，所述伸缩性螺旋结构件A包括有连接底座，所述连接底座上固定连接有固定杆，所述塔状弹簧套连在固定杆上，所述活性含能结构件B包括有固定圆片，所述固定圆片的中心位置设置有贯穿孔，所述贯穿孔的直径大于固定杆的直径，提高了现有氟聚物基反应材料含能破片的侵彻和***的威力，还提供了一种简易夹层式复合结构储能破片的制备方法，该方法采用轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结、固定等工艺，过程简单，无特殊工艺要求本发明。

Description

一种简易夹层式复合结构储能破片及其制备方法

技术领域

本发明涉及含能材料、活性破片材料技术领域，具体为一种简易夹层式复合结构储能破片及其制备方法。

背景技术

氟聚物基反应材料是一种主要由高氟含量（>70wt%）的氟聚物和金属颗粒或纤维组成的亚稳态含能复合材料，又称冲击引发的含能材料（Impact-initiated ReactiveMaterials）。由于其高能量水平、足够的钝感和独特的能量释放特性及其他优异的理化性能，近年来国内外都进行了大量的研究报道。氟聚物基反应材料以其在军事上的巨大应用前景而得到了广泛的关注。以该材料制备的毁伤增强型破片在对巡航导弹、弹道导弹和战斗机等空中目标进行打击时，不仅可以其动能穿透目标，还能通过撞击引发化学反应释放化学潜能，进行纵火和高温以及***高压的复合打击，实现目标多重毁伤。

为了提高现有氟聚物基反应材料的强度、密度和反应活性，进一步提高侵彻和***的威力，我们团队先前提供了一种复合装药结构的含能破片的制备方法（CN110340349A），一种外层金属基内层聚合物基的复合含能破片的制备方法（CN110373572A）等，这些方法从增大破片强度、密度以及爆轰性能等角度在不同程度上提高了破片的侵彻和***的威力，但是均未考虑从增大单枚破片的接触面积角度来增强毁伤效果。

发明内容

1、本发明要解决的技术问题

本发明的目的是为了提高现有氟聚物基反应材料含能破片的侵彻和***的威力，提供了一种简易夹层式复合结构储能破片的制备方法，该方法采用轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结、固定等工艺，过程简单，无特殊工艺要求。

2、技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种简易夹层式复合结构储能破片，包括有螺旋结构件A、活性含能结构件B和塔状弹簧，所述伸缩性螺旋结构件A包括有连接底座，所述连接底座上固定连接有固定杆，所述塔状弹簧套连在固定杆上，所述活性含能结构件B包括有固定圆片，所述固定圆片的中心位置设置有贯穿孔，所述贯穿孔的直径大于固定杆的直径。

优选的，所述固定杆的顶端固定连接有尖状杆头或收缩卡扣式杆头，所述尖状杆头或收缩卡扣式杆头与贯穿孔相匹配。

一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝，并通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A；

步骤二：将活性金属/惰性金属填料/聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，并置于特定的成型模具中压制、烧结，得到一种具有“铆钉”固定功能的活性含能结构件B；

步骤三：将塔状弹簧放置于可伸缩的螺旋结构件A的固定杆上，向下压缩塔状弹簧，接着利用热熔设备对固定杆的尖状杆头进行熔化，直至尖状杆头熔化成直径大于塔状弹簧顶端直径的端头，得到A-B类型的第一夹层式复合结构储能破片；

步骤四：将塔状弹簧放置于可伸缩的螺旋结构件A的固定杆上，再将单个或多个活性含能结构件B的贯穿孔对准固定杆的尖状杆头，向下压缩塔状弹簧，接着利用热熔设备对固定杆的尖状杆头进行熔化，直至尖状杆头熔化成直径大于活性含能结构件B上贯穿孔的直径，得到B-A-B类型的第二夹层式复合结构储能破片；

步骤五：将塔状弹簧放置于可伸缩的螺旋结构件A的固定杆上，再将活性含能结构件B的贯穿孔对准固定杆的收缩卡扣式杆头，向下压缩塔状弹簧，接着通过贯穿孔与收缩卡扣式杆头之间的“自锁功能”，得到第三种B-A-B类型的夹层式复合结构储能破片。

优选的，所述步骤一提到的所需配比的元素包括有碳、锰、磷(P)、硫(S)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、氮(N)和铁(Fe)。

优选的，所述步骤一提到的可伸缩的螺旋结构件A作为储能破片；所述步骤二提到的活性含能结构件B作为火星含能破片；所述步骤三、四、五提到的组合结构作为夹层式复合结构储能破片。

3、有益效果

（1）本发明提出的一种夹层式复合结构储能破片，相对于过去报道的单一的惰性破片或者金属/聚四氟乙烯活性破片，同等质量的破片，接触面积增至原来的20~100倍，即毁伤面积增至原来的20~100倍，毁伤效果极大增强，显著提高侵彻和***的威力。经过靶场试验，侵彻和***的威力显著提高。

（2）本发明所提出的一种简易夹层式复合结构储能破片的制备方法，采用常规的金属粉末、聚四氟乙烯粉及自制的钢丝为原料；采用常规的轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结、固定等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。

附图说明

图1为本发明提出的一种简易夹层式复合结构储能破片的第一类型的夹层式复合结构储能破片结构示意图；

图2为本发明提出的一种简易夹层式复合结构储能破片的第二类型的夹层式复合结构储能破片结构示意图；

图3为本发明提出的一种简易夹层式复合结构储能破片的第三类型的夹层式复合结构储能破片结构示意图；

图4为本发明提出的一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法的方法流程图。

图中标号说明：

1、螺旋结构件A；101、连接底座；102、固定杆；1021、尖状杆头；1022、收缩卡扣式杆头；2、活性含能结构件B；201、固定圆片；202、贯穿孔；3、塔状弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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：

请参阅图1-3，一种简易夹层式复合结构储能破片，包括有螺旋结构件A1、活性含能结构件B2和塔状弹簧3，伸缩性螺旋结构件A1包括有连接底座101，连接底座101上固定连接有固定杆102，塔状弹簧3套连在固定杆102上，活性含能结构件B2包括有固定圆片201，固定圆片201的中心位置设置有贯穿孔202，贯穿孔202的直径大于固定杆102的直径。

固定杆102的顶端固定连接有尖状杆头1021或收缩卡扣式杆头1022，尖状杆头1021或收缩卡扣式杆头1022与贯穿孔202相匹配。。

本发明提出的一种夹层式复合结构储能破片，相对于过去报道的单一的惰性破片或者金属/聚四氟乙烯活性破片，同等质量的破片，接触面积增至原来的20~100倍，即毁伤面积增至原来的20~100倍，毁伤效果极大增强，显著提高侵彻和***的威力。经过靶场试验，侵彻和***的威力显著提高。

实施例2：

请参阅图1-4，结合实施例1的基础有所不同之处在于，一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝，并通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A1；

步骤二：将活性金属/惰性金属填料/聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，并置于特定的成型模具中压制、烧结，得到一种具有“铆钉”固定功能的活性含能结构件B2；

步骤三：将塔状弹簧3放置于可伸缩的螺旋结构件A1的固定杆102上，向下压缩塔状弹簧3，接着利用热熔设备对固定杆102的尖状杆头1021进行熔化，直至尖状杆头1021熔化成直径大于塔状弹簧3顶端直径的端头，得到A-B类型的第一夹层式复合结构储能破片；

步骤四：将塔状弹簧3放置于可伸缩的螺旋结构件A1的固定杆102上，再将单个或多个活性含能结构件B2的贯穿孔202对准固定杆102的尖状杆头1021，向下压缩塔状弹簧3，接着利用热熔设备对固定杆102的尖状杆头1021进行熔化，直至尖状杆头1021熔化成直径大于活性含能结构件B2上贯穿孔202的直径，得到B-A-B类型的第二夹层式复合结构储能破片；

步骤五：将塔状弹簧3放置于可伸缩的螺旋结构件A1的固定杆102上，再将活性含能结构件B2的贯穿孔202对准固定杆102的收缩卡扣式杆头1022，向下压缩塔状弹簧3，接着通过贯穿孔202与收缩卡扣式杆头1022之间的“自锁功能”，得到第三种B-A-B类型的夹层式复合结构储能破片。

步骤一提到的所需配比的元素包括有碳C、锰Mn、磷(P)、硫(S)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、氮(N)和铁(Fe)。

步骤一提到的可伸缩的螺旋结构件A1作为储能破片；步骤二提到的活性含能结构件B2作为火星含能破片；步骤三、四、五提到的组合结构作为夹层式复合结构储能破片。

本发明所提出的一种简易夹层式复合结构储能破片的制备方法，采用常规的金属粉末、聚四氟乙烯粉及自制的钢丝为原料；采用常规的轧制成型、绕制、热处理、混粉、模压、烧结、固定等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。

实施例3：

基于实施例1-2但有所不同之处在于，

（1）制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.08%、Mn=2.00%、P=0.035%、S=0.015%、Si=0.75%、Cr=18.00%、Ni=8.00%、N=0.10%、Fe=71.02%。

将上述钢丝通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A。

（2）制备夹层式复合结构储能破片。

混粉：各组分质量比为：铝粉/镁粉/钨粉/聚四氟乙烯=10/10/30/50，即称取铝粉10g、镁粉10g、钨粉30g、聚四氟乙烯粉50g，烘干，置于全方位行星式球磨机中混合2h，转速200rpm/min，混匀；

模压：将上述混合均匀的粉末，按计算的质量加入特制的成型模具中进行预压制，压强30MPa，加压速率30N/s，保压时长5min，泄压速率30N/s，泄压后脱模，得到模压件B；

烧结：将上述脱模后的成型试件B置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度360℃，烧结时间2h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种类似子母扣结构的活性含能破片；

固定：将上述可伸缩的螺旋结构件A置于活性含能结构件B中，通过特制的按压工具压缩、固定，得到一种A-B型夹层式复合结构储能破片，如附图1所示。

本实施例制备出的一种夹层式复合结构储能破片的密度为4.388g/cm³。活性含能结构件B呈现塑性，在准静态下的屈服强度为23.101MPa，反应阈值为5000/s，在6500/s应变率下的屈服强度为53.610MPa，极限强度为94.266MPa。

实施例4：

基于实施例1-3但又有所不同之处在于，

（1）制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.08%、Mn=2.00%、P=0.035%、S=0.015%、Si=0.75%、Cr=20.00%、Ni=8.00%、N=0.10%、Fe=69.02%。

（2）制备夹层式复合结构储能破片。

混粉：各组分质量比为：铝粉/镁粉/钨粉/聚四氟乙烯=8/6.5/50/35.5，即称取铝粉8g、镁粉6.5g、钨粉50g、聚四氟乙烯粉35.5g，烘干，置于全方位行星式球磨机中混合2h，转速200rpm/min，混匀；

固定：将上述可伸缩的螺旋结构件A置于活性含能结构件B中，通过特制的按压工具压缩、固定，得到一种B-A-B型夹层式复合结构储能破片，如附图1所示。

本实施例制备出的一种夹层式复合结构储能破片的密度为4.408g/cm³。活性含能结构件B呈现塑性，在准静态下的屈服强度为23.284MPa，反应阈值为6000/s，在7300/s应变率下的屈服强度为50.316MPa，极限强度为100.780MPa。

实施例5：

基于实施例1-4但又有所不同之处在于，

（1）制备一种可伸缩的螺旋结构件A；

制备耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝：

C=0.08%、Mn=2.00%、P=0.035%、S=0.015%、Si=0.75%、Cr=20.00%、Ni=10.00%、N=0.10%、Fe=67.02%。

（2）制备夹层式复合结构储能破片。

混粉：各组分质量比为：铝粉/钨粉/聚四氟乙烯=13/37/50，即称取铝粉13g，钨粉37g，聚四氟乙烯粉50g，分别置于全方位行星式球磨机中混合2h，转速200rpm/min，混匀；

烧结：将上述脱模后的成型试件B置于烧结炉中烧结，烧结过程中使用氩气气氛，烧结温度380℃，烧结时间1h，降温过程327℃保温2h，升、降温速率均为1℃/min，随炉冷却，得到一种类似子母扣结构的活性含能破片；

固定：将上述可伸缩的螺旋结构件A置于活性含能结构件B中，通过特殊的卡扣结构压缩、固定，得到一种B-A-B型夹层式复合结构储能破片，如附图1所示。

本实施例制备出的一种夹层式复合结构储能破片的密度为4.547g/cm³。活性含能结构件B呈现塑性，在准静态下的屈服强度为20.995MPa，反应阈值为7000/s，在7400/s应变率下的屈服强度为49.988MPa，极限强度为117.07MPa。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：通过各元素的合理配比，制备出耐高温烧蚀、韧性和塑性好的钢丝，并通过绕制、热处理以及弹性性能测试，得到一种可伸缩的螺旋结构件A（1）；

步骤二：将活性金属/惰性金属填料/聚四氟乙烯粉置于全方位行星式球磨机中混合混匀，并置于特定的成型模具中压制、烧结，得到一种具有“铆钉”固定功能的活性含能结构件B（2）；

步骤三：将塔状弹簧（3）放置于可伸缩的螺旋结构件A（1）的固定杆（102）上，再将单个或多个活性含能结构件B（2）的贯穿孔（202）对准固定杆（102）的尖状杆头（1021），向下压缩塔状弹簧（3），接着利用热熔设备对固定杆（102）的尖状杆头（1021）进行熔化，直至尖状杆头（1021）熔化成直径大于活性含能结构件B（2）上贯穿孔（202）的直径，得到第一种B-A-B类型的夹层式复合结构储能破片。

2.一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤三：将塔状弹簧（3）放置于可伸缩的螺旋结构件A（1）的固定杆（102）上，再将活性含能结构件B（2）的贯穿孔（202）对准固定杆（102）的收缩卡扣式杆头（1022），向下压缩塔状弹簧（3），接着通过贯穿孔（202）与收缩卡扣式杆头（1022）之间的“自锁功能”，得到第二种B-A-B类型的夹层式复合结构储能破片。

3.根据权利要求1或2所述的一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，其特征在于：所述步骤一提到的所需配比的元素包括有碳（C）、锰（Mn）、磷(P)、硫(S)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、氮(N)和铁(Fe)。

4.根据权利要求1或2所述的一种简易夹层式复合结构储能破片制备方法，其特征在于：所述步骤一提到的可伸缩的螺旋结构件A（1）作为储能破片；所述步骤二提到的活性含能结构件B（2）作为活性含能破片；所述步骤三提到的组合结构作为夹层式复合结构储能破片。