一种纳米高活性反应材料及其低温制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米高活性反应材料及其低温制备方法，该纳米高活反应材料适合用作武器战斗部的活性破片，属于纳米高活性反应材料制备技术领域。由纳米金属填料、纳米氧化物以及高氟聚合物混合而成，与微米级金属填料的反应材料相比，纳米级反应材料的反应阈值大大降低，反应活性大大增强，且分散更加均匀，低温加工技术使得加工温度显著低于其热自燃点，解决了传统烧结法的加工安全问题。

A High Active Nano Reactive Material and Its Low Temperature Preparation Method

The invention relates to a nano-high-activity reactive material and a low-temperature preparation method. The nano-high-activity reactive material is suitable for being used as active fragments of weapon warheads, and belongs to the technical field of nano-high-activity reactive material preparation. Compared with the reaction materials of micron-sized metal fillers, the reaction threshold of nano-sized metal fillers is greatly reduced, the reaction activity is greatly enhanced, and the dispersion is more uniform. The low-temperature processing technology makes the processing temperature significantly lower than its thermal spontaneous ignition point, which solves the processing safety problem of traditional sintering method.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米高活性反应材料及其低温制备方法
本专利技术涉及一种纳米高活性反应材料及其低温制备方法，该纳米高活性反应材料适用于武器战斗部的活性破片，属于纳米高活性反应材料制备

技术介绍
利用金属毁伤元杀伤目标，是现役常规毁伤弹药战斗部设计的基本技术理念。由于金属毁伤元以动能侵彻机理和机械贯穿模式对目标实施毁伤，很大程度上制约了战斗部威力的发挥和提高。为提高战斗部威力效能，近年来反应材料毁伤元及其战斗部技术得到了发展。反应材料毁伤元的显著特点和技术优势在于：首先，它是一种通过在高聚物中填充金属、合金和金属间化合物等含能粉体，再经特殊工艺制备而成，具有良好机械强度的复合式固体含能材料毁伤元；其次，这种活性含能毁伤元以一定的速度撞击目标时，由于受到强冲击载荷的作用，能自行激活并发生爆燃反应，释放出大量的化学能，从而在动能侵彻和内爆作用两种毁伤机理的联合作用下，实现对目标高效的结构毁伤，使战斗部的毁伤效能获得大幅度提高。由于高活性反应材料具有良好的力学性能以及可成型性，可制成预制破片，在炸药驱动的条件下，形成大面积分布的活性破片，进而对目标造成动能侵彻和爆燃双重毁伤。已知的反应材料包括铝和聚四氟乙烯(“PTFE”)，即“Al/PTFE”反应材料。PTFE由于具有高氟含量，所以还充当强氧化剂。PTFE的熔融温度为342℃，所以制备PTFE基反应材料所需温度要高于350℃，因此Al/PTFE反应材料的烧结温度通常为350-390℃。目前是将PTFE和铝在溶剂中混合，并在烘箱中干燥，然后将干燥的组合物在185℃的模具中压制，最后将压制的预制棒加热至350-390℃进行烧结，然后以设定的速率冷却烧结的预制件，以使裂缝最小化并使机械性能最大化。采取与Al/PTFE相同的条件处理Ta/PTFE和W/PTFE反应材料。Ta/PTFE反应材料烧结温度仅次于放热温度375℃，并且剧烈的放热反应使得Ta/PTFE反应材料在307℃烧结时发生自燃反应。Ta/PTFE和W/PTFE反应材料在烧结过程中产生了高挥发性反应产物——痕量氢氟酸(“HF”)；W/PTFE反应材料在加工过程中形成高挥发性氟化钨化合物(如WF6和WOF4)，Ta/PTFE产生了具有高挥发性的钽氟化物。此法不仅使压制预制件严重开裂，而且剧烈放热反应严重威胁了高温下加工Ta/PTFE反应材料的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种纳米高活性反应材料及其低温制备方法。本专利技术的技术方案为：一种纳米高活性反应材料，该纳米高活性反应材料包括纳米金属填料和高氟聚合物，以该纳米高活性反应材料的总质量为100份计算，纳米金属填料的质量含量为50-70份，高氟聚合物的质量含量为30-50份；该纳米高活性反应材料还可以包括纳米氧化物，以该纳米高活性反应材料的总质量为100份计算，纳米金属填料的质量含量为45-51份，高氟聚合物的质量含量为20-27份，纳米氧化物的质量含量为23-34份；所述的纳米金属填料为Mg、Al、Fe、Cu、Zn、Ta、Ti、Zr或Mo中的一种；纳米金属填料为粉末状，粒径范围为10-100nm；所述的高氟聚合物为THV220、THVX310、THV415、THV500中的一种或两种以上的混合物；高氟聚合物为粉末状；所述的纳米氧化物为氧化铋、氧化硅或氧化钛中的一种，纳米氧化物为粉末状，粒径范围为10-100nm。一种纳米高活性反应材料的制备方法，该方法的步骤包括：(1)制备纳米金属填料；(2)在真空手套箱中，将步骤(1)制备得到的纳米金属填料分散在有机载液无水乙醇中，然后采用有机表面修饰剂对纳米金属填料进行原位包覆，并进行静置，静置过程中有机载液挥发，当有机载液挥发完毕后，得到混合物A；(3)将高氟聚合物在丙酮中进行分散，得到混合物B；(4)将步骤(2)得到的混合物A和步骤(3)得到的混合物B进行混合，静置固化成型得到预制体；(5)将步骤(4)得到的预制体进行低温注塑，得到纳米高活性反应材料。所述的步骤(1)中，制备纳米金属填料的方法为：采用常压化学气相沉积法或真空电弧熔炼法制备纳米金属填料；其中，采用常压化学气相沉积法时，H2浓度在所需化学计量比10倍以上，沉积温度1000℃以上，载气流量为H2流量的2-5倍，得到10-100nm的粒子；采用真空电弧熔炼法时，通电电流100-120A，电压15-30V的条件下放电，放电过程持续15-40min，通入惰性气流使得反应室的压力达到30-45MPa，得到10-100nm尺度的粒子；所述的步骤(2)中，有机表面修饰剂为高分子型表面活性剂，包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸钠中的一种；所述的步骤(5)中，低温注塑过程中，将预制体放置到模头中，加热模头对预制体进行升温，模头温度为180-200℃，然后对预制体进行加压，将预制体注塑到模具中，模具温度为80-160℃；当高氟聚合物的质量含量为30份时，模头温度优选200，模具温度优选160℃，当高氟聚合物的质量含量为40份时，模头温度优选190℃，模具温度优选120℃，当高氟聚合物的质量含量为50份时，模头温度优选180℃，模具温度优选80℃。一种纳米高活性反应材料的制备方法，该方法的步骤包括：(1)制备纳米金属填料；(2)在真空手套箱中，将步骤(1)制备得到的纳米金属填料和纳米氧化物分散在有机载液无水乙醇中，然后采用有机表面修饰剂对纳米金属填料和纳米氧化物进行原位包覆，得到混合物C；(3)将高氟聚合物与步骤(2)得到的混合物C进行混合，并采用双螺杆挤出机进行挤出成型得到预制体；(4)将步骤(3)得到的预制体进行低温注塑，得到纳米高活性反应材料。所述的步骤(1)中，制备纳米金属填料的方法为：采用常压化学气相沉积法或真空电弧熔炼法制备纳米金属填料；其中，采用常压化学气相沉积法时，H2浓度在所需化学计量比10倍以上，沉积温度1000℃以上，载气流量为H2流量的2-5倍，得到10-100nm的粒子；采用真空电弧熔炼法时，通电电流100-120A，电压15-30V的条件下放电，放电过程持续15-40min，通入惰性气流使得反应室的压力达到30-45MPa，得到10-100nm尺度的粒子；所述的步骤(2)中，有机表面修饰剂为高分子型表面活性剂，包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酸钠中的一种；所述的步骤(4)中，低温注塑过程中，将预制体放置到模头中，加热模头对预制体进行升温，模头温度为200-230℃，然后对预制体进行加压，将预制体注塑到模具中，模具温度为160-220℃；当高氟聚合物的质量含量为20份时，模头温度优选230℃，模具温度优选220℃，当高氟聚合物的质量含量为24份时，模头温度优选215℃，模具温度优选190℃，当高氟聚合物的质量含量为27份时，模头温度优选160℃，模具温度优选160℃。有益效果由纳米金属填料、纳米氧化物以及高氟聚合物混合而成，与微米级金属填料的反应材料相比，纳米级反应材料的反应阈值大大降低，反应活性大大增强，且分散更加均匀，低温加工技术使得加工温度显著低于其热自燃点，解决了传统烧结法的加工安全问题。具体实施方式本专利技术采用真空电弧熔炼法和常压化学气相沉积法制备纳米金属粒子，然后在真空手套箱中，在无水条件下采用有机表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米高活性反应材料，其特征在于：该纳米高活性反应材料包括纳米金属填料和高氟聚合物，以该纳米高活性反应材料的总质量为100份计算，纳米金属填料的质量含量为50‑70份，高氟聚合物的质量含量为30‑50份；所述的纳米金属填料为Mg、Al、Fe、Cu、Zn、Ta、Ti、Zr或Mo中的一种；所述的高氟聚合物为THV 220、THV X 310、THV 415、THV 500中的一种或两种以上的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种纳米高活性反应材料，其特征在于：该纳米高活性反应材料包括纳米金属填料和高氟聚合物，以该纳米高活性反应材料的总质量为100份计算，纳米金属填料的质量含量为50-70份，高氟聚合物的质量含量为30-50份；所述的纳米金属填料为Mg、Al、Fe、Cu、Zn、Ta、Ti、Zr或Mo中的一种；所述的高氟聚合物为THV220、THVX310、THV415、THV500中的一种或两种以上的混合物。2.根据权利要求1所述的一种纳米高活性反应材料，其特征在于：所述的纳米高活性反应材料还包括纳米氧化物，以该纳米高活性反应材料的总质量为100份计算，纳米金属填料的质量含量为45-51份，高氟聚合物的质量含量为20-27份，纳米氧化物的质量含量为23-34份；所述的纳米氧化物为氧化铋、氧化硅或氧化钛中的一种。3.一种权利要求1所述的纳米高活性反应材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：(1)制备纳米金属填料；(2)在真空手套箱中，将步骤(1)制备得到的纳米金属填料分散在有机载液无水乙醇中，然后采用有机表面修饰剂对纳米金属填料进行原位包覆，得到混合物A；(3)将高氟聚合物在分散剂中进行分散，分散剂为丙酮，得到混合物B；(4)将步骤(2)得到的混合物A和步骤(3)得到的混合物B进行混合，静置固化成型，静置过程中有机载液和分散剂挥发，当有机载液和分散剂挥发完毕后，得到预制体；静置温度为40-50℃；(5)将步骤(4)得到的预制体进行低温注塑，得到纳米高活性反应材料。4.根据权利要求3所述的一种纳米高活性反应材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，制备纳米金属填料的方法为：采用常压化学气相沉积法或真空电弧熔炼法制备纳米金属填料；其中，采用常压化学气相沉积法时，H2浓度在所需化学计量比10倍以上，沉积温度1000℃以上，载气流量为H2流量的2-5倍，得到10-100nm的粒子；采用真空电弧熔炼法时，通电电流100-120A，电压15-30V的条件下放电，放电过程持续15-40min，通入惰性气流使得反应室的压力达到30-45MPa，得到10-100nm尺度的粒子；所述的步骤(2)中，有机表面修饰剂为高分子型表面活性剂，包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮或聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐召洁，李辰昊，赵修臣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11