一种复合含能粒子及其制备方法技术

本发明专利技术属于含能材料领域，具体公开了一种复合含能粒子及其制备方法，所公开的复合含能粒子包括含能微球、ADN和粘结剂；所述含能微球为核壳结构，且核壳结构的内核为NTO，外壳为铝粉和碳粉；含能微球之间镶嵌有ADN。所公开的制备方法包括(1)将NTO和铝粉混合研磨制备铝化NTO；(2)将铝化NTO和碳粉混合制备含能微球；(3)将粘结剂、ADN和含能微球混合制备复合含能粒子。本发明专利技术的复合含能粒子制备混合炸药的应用，所述混合炸药通过熔铸或者浇注工艺制备。可降低NTO及相关替换物对金属的腐蚀性，与铜、不锈钢、铝不发生严重腐蚀；并且本发明专利技术具有低感度的优点，复合含能粒子的机械感度低于40％。40％。

【技术实现步骤摘要】
一种复合含能粒子及其制备方法


[0001]本专利技术属于含能材料领域，具体涉及一种复合含能粒子及其制备方法。
技术背景
[0002]炸药装药是武器系统的主要能量源，其性能决定了武器系统的作战效果。作为炸药装药的核心组分，含能材料的能量和安全性直接决定了炸药装药乃至整个武器系统的威力和安全性。为此，行业内一直致力于研究高能量不敏感的单质含能材料。
[0003]3‑
硝基
‑
1，2，4
‑
三唑
‑5‑
酮，又称5
‑
硝基
‑
1，2，4
‑
三唑
‑3‑
酮或2，4
‑
二氢
‑5‑
硝基
‑3‑
氢
‑
2，4
‑
三唑
‑3‑
酮，简称NTO，是一种白色晶体物质，密度为1.93g/cm3，理论爆轰速度为8 560m/s，是一种能量与黑索今相当，而易损性优于黑索今，具有广泛应用前景的高能量密度含能材料。然而，NTO单质具有较强的酸性，对金属具有较强的腐蚀性，现有技术主要采用高分子粘结剂包覆，减少单质NTO与金属材料的接触从而降低NTO的酸性损害。
[0004]根据文献分析，NTO目前仅仅适用于浇铸体系和熔铸体系的混合炸药，而不适用于压装体系。因为浇铸体系和熔铸体系的混合炸药在包覆、成型过程中，包覆材料与NTO可以形成稳定的包覆结构，减少单质NTO的裸露机会，从而抑制NTO的酸性，避免其酸性带来的危害。对于压装体系的混合炸药，真空安定性试验结果表明包覆后的NTO基炸药与金属是相容的，酸性得到了抑制的主要原因是真空安定性试验样品中NTO的高分子包覆层没有受到破坏。而压装炸药在装药时，炸药造型粉需在较高压力下压制成型，高分子包覆材料和NTO会发生变形、脱离，致使NTO晶体裸露，提高了NTO酸性的危害性。
[0005]上述浇铸、熔铸和压装体系并没有解决NTO自身与金属的作用问题，仅仅是通过物理隔离减小接触，一旦含能材料裸露，则风险剧增。

技术实现思路

[0006]目前广泛应用的主要硝铵类含能材料RDX、HMX等均是酸性的，其对金属的腐蚀表现为轻微腐蚀。分析NTO和RDX的差异，发现RDX与金属的作用仅仅是表界面作用，表层的RDX颗粒与金属接触面发生腐蚀作用消耗微量RDX后形成的金属氧化物抑制RDX和金属的接触，因此腐蚀性较小。NTO分子结构中的硝基和羰基具有较强的吸电子效应，致使其1位和4位上的氮原子基团上的电子云密度降低，氢以亚稳态分布，NTO与金属接触后氢粒子析出，由于电子的诱导效应，临近的NTO继续析出氢离子，腐蚀行为持续发生。
[0007]基于此，本专利技术的构思是改变以往物理阻隔减小接触的思路，主要减小NTO分子的诱导作用。基于该构思，本专利技术另辟蹊径地设计一种结构使NTO与RDX一样仅仅与金属表面发生氧化反应，这样含NTO的复合材料或者混合炸药就不会持续腐蚀金属。与行业内通用做法不同，该构思既不是将NTO完全包覆，也不是消除NTO的酸性，而是允许NTO裸露，只是在酸性条件下减小对金属的腐蚀，减小NTO分子的诱导作用，行业内通用的包覆膜厚度是不够的，而要增加包覆膜厚度必然要增加惰性体含量，降低了体系的能量；为了实现既能减小NTO分子的诱导作用，又不降低体系能量的目的，本专利技术的构思是选择一种可以参与含能材
料爆炸反应的金属颗粒进行物理阻断，减小NTO分子的诱导作用。选取的金属颗粒的活泼性不能低于壳体材料，金属颗粒能够通过自身氧化形成微电池，保护与NTO接触的金属壳体，实现降低NTO对金属腐蚀的目的。
[0008]本专利技术的设计思路是：本专利技术设计一种复合含能粒子，包括含能微球、二硝酰胺铵(代号ADN)和粘结剂组成；含能微球为核壳结构复合材料，内核为NTO，外壳为粒度小于NTO的铝粉和碳粉，通过铝粉和碳粉进行物理阻隔，减小NTO分子的诱导作用，碳粉能够提高体系的导电性，铝粉在NTO腐蚀金属时与金属形成原位微电池，通过牺牲局部的铝粉保护接触面的金属；含能微球之间镶嵌少量的AND，ADN是一种胺盐类高能化合物，其热稳定性和化学稳定性都较好，ADN有个显著的特点是吸湿性，在吸收空气中的水分后会发生水解显碱性，但是其水解后锁水能力较强，可以看作是一种含能干燥剂；粘结剂的目的是对含能微球、ADN进行包覆，在实现成型性和降感的同时，防止含能组分发生水解、氧化等。
[0009]基于上述原理，本专利技术提供了一种复合含能粒子的制备方法。
[0010]为此，所提供的制备方法包括：
[0011](1)将NTO和铝粉混合研磨制备铝化NTO；
[0012](2)将铝化NTO和碳粉混合制备含能微球；
[0013](3)将粘结剂、ADN和含能微球混合制备复合含能粒子；所述粘结剂选自石蜡、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物、氟橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶中的一种或两种以上的混合物。
[0014]可选的方案是，按质量份计：NTO为100份，铝粉为10～30份，碳粉为0.1～0.3份，ADN为0.5～1份，粘结剂为4～7份。
[0015]可选的方案是，所述NTO的粒径50～800微米，所述AND的平均粒度为13微米；所述铝粉的粒径为200纳米～5000纳米；所述碳粉的粒径小于100纳米。
[0016]可选的方案是，将经无水乙醇浸润后的NTO与铝粉混合研磨，研磨后所得浆料经干燥得铝化NTO。
[0017]可选的方案是，所述混合研磨采用聚四氟乙烯研磨球研磨。
[0018]具体可选的方案是，将粘结剂的有机溶液、ADN和含能微球混合，混合物干燥后制得复合含能粒子。
[0019]另有些方案中，上述ADN用具有吸湿性且吸湿后显碱性的胺盐类化合物替代。
[0020]在微观结构上，本专利技术的复合含能粒子包括含能微球、ADN和粘结剂；所述含能微球为核壳结构，且核壳结构的内核为NTO，外壳为铝粉和碳粉；含能微球之间镶嵌有ADN。
[0021]本专利技术的复合含能粒子制备混合炸药的应用，所述混合炸药通过熔铸或者浇注工艺制备。可降低NTO及相关替换物对金属的腐蚀性，与铜、不锈钢、铝不发生严重腐蚀；并且本专利技术具有低感度的优点，复合含能粒子的机械感度低于40％。
附图说明
[0022]图1是本专利技术复合含能粒子结构示意图；图中，1
‑
含能微球，2
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ADN，3
‑
粘结剂，4
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NTO，5
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铝粉，6
‑
碳粉。
[0023]图2是本专利技术实施例1在共混包覆后的粒子进行扫描电镜。
[0024]图3是本专利技术实施例1压制过程的应力曲线。
[0025]图4是本专利技术实施例2药片对不锈钢的腐蚀后的不锈钢照片。
具体实施方式
[0026]除非有特殊说明，本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合含能粒子的制备方法，其特征在于，方法包括：(1)将NTO和铝粉混合研磨制备铝化NTO；(2)将铝化NTO和碳粉混合制备含能微球；(3)将粘结剂、ADN和含能微球混合制备复合含能粒子；所述粘结剂选自石蜡、乙烯
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醋酸乙烯共聚物、氟橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶中的一种或两种以上的混合物。2.根据权利要求1所述复合含能粒子的制备方法，其特征在于，按质量份计：NTO为100份，铝粉为10～30份，碳粉为0.1～0.3份，ADN为0.5～1份，粘结剂为4～7份。3.根据权利要求1所述复合含能粒子的制备方法，其特征在于，所述NTO的粒径50～800微米，所述AND的平均粒度为13微米；所述铝粉的粒径为200纳米～5000纳米；所述碳粉的粒径小于100纳米。4.根据权利要求1所述复合含能粒子的制备方法，其特征在于，将经无水乙醇浸润后的NTO与铝粉混...

【专利技术属性】
技术研发人员：席鹏，王钢，冯晓军，尚宇，张坤，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：