活性药型罩的制备方法

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：通过预混合、模压成型和烧结硬化工艺，可以制备出强度、致密性、收缩率满足要求的活性药型罩。模压成型即通过特定模具，在一定压制压力、压制时间、压制方式条件下，将活性毁伤材料粉体压制成特定形状、密度的活性药型罩的过程。模压成型中，模具一般由顶模、外模和底模3部分组成。为进一步提升模压成型活性药型罩机械强度，还需对活性药型罩进行烧结硬化。

活性药型罩材料的显著技术特点是，既有类金属材料的机械力学性能，又有类含能材料的冲击爆炸性能。因此，对活性药型罩材料的性能要求，除密度、强度、声速、延展性外，还体现在含能量、气体产物量、激活延时、反应速率等方面。密度主要影响活性聚能侵彻体的侵彻能力，含能量、气体产物量和反应速度主要决定活性聚能侵彻体的爆炸威力性能，激活延时主要影响活性聚能侵彻体侵爆联合毁伤能力，而声速、强度和延展性则主要影响活性聚能侵彻体的形貌和速度分布。如何兼顾诸多性能要求，是高性能弹用活性药型罩材料技术研究难点。从研究工作看，活性药型罩设计方法可分为活性药型罩材料配方设计、活性药型罩制备工艺及力学性能测试3个方面，如图2.69所示。

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图2.69　活性药型罩设计方法

1.活性药型罩材料配方设计

配方设计研究需要解决的关键问题是组分筛选和配比设计，其直接决定了活性药型罩材料的含能量、气体产物量、激活延时、反应速率、音速和材料密度等性能。从配方体系上看，可分为高分子聚合物基体粉体和填充活性金属粉体两类组分，国内外采用较多的典型基础配方体系是含氟高分子聚合物/铝粉。为了提高活性药型罩材料密度，增强聚能毁伤元的侵彻能力，往往需要在基础配方体系中添加一定量高密度金属粉体，但这会降低活性混合体系的含能量，并致使粉体模压成型难以致密，导致活性药型罩材料实际密度下降。

活性金属粉体形状，特别是粒度大小，会对活性药型罩材料的激活时间、能量释放速率和聚爆联合毁伤效应产生显著影响。粉体粒度越小，比表面积越大，点火弛豫时间越短，反应速率越快，导致炸高减小。为了使聚能毁伤元在成形过程中保持足够长的延时，不被激活发生爆炸，粉体粒度选择十分关键。

在活性药型罩材料设计方法方面，一般通过反应动力学、爆炸力学和颗粒表面点火反应分析，实现对活性粉体混合体系含能量、气体产物量、激活延时、反应速率、材料密度等性能的优化，从而实现对能量释放激活延时的有效控制。

2.活性药型罩制备工艺

活性药型罩力学性能主要取决于其制备工艺。通过预混合、模压成型和烧结硬化工艺，可以制备出强度、致密性、收缩率满足要求的活性药型罩。

聚合物基体材料一般为结构松散、易结块的高分子聚合物粉体，由于其表面能较低，因此难以和填充粉体均匀混合。聚合物基体材料预处理方法主要包括干燥、碎化、过筛等步骤，在预处理过程中，应严格按照各工艺环节的温度、湿度、时间要求，最终获得无团聚、粒度均匀、流散性良好的基体材料。

对于含能填充粉体，预处理前需保证粉体材料密封完好、干燥、未被氧化，其质量根据活性药型罩材料配方确定。称重完成的聚合物基体与含能粉体通过V筒混料机、剪切混合机等设备，在惰性气氛保护下实现均匀混合。(https://www.chuimin.cn)

模压成型即通过特定模具，在一定压制压力、压制时间、压制方式条件下，将活性毁伤材料粉体压制成特定形状、密度的活性药型罩的过程。

模压成型中，模具一般由顶模、外模和底模3部分组成。模压成型基本流程为：首先，按照单个活性药型罩的质量，称取所需要活性毁伤材料粉体，并均匀装填于模腔内；然后，设定压制压力、压制时间、压制方式，通过防爆压机对混合粉体进行压制；最后，通过退模，获得压制成型的活性药型罩。

需要特别说明的是，压制压力、压制时间、压制方式等由活性毁伤材料配方、活性药型罩几何形状、活性药型罩密度要求等决定。压制压力过低，活性药型罩孔隙率较大，实际密度较低，影响聚能侵彻体成形行为及破甲效应；压制压力过高，易导致活性药型罩开裂。除压制压力外，在模压过程中还应注意压制速度，保证顶模下降速度不要过快。均匀而缓慢地增加压力至规定值后，根据活性药型罩质量的不同，还应保压一定的时间，以完成压力的传递；保压过程完成后，将成型的活性药型罩退出模腔，模压成形工艺完成。

为进一步提升模压成型活性药型罩机械强度，还需对活性药型罩进行烧结硬化。烧结硬化一般分为升温、保温、降温等阶段。升温阶段是对聚合物基体相变行为的调控过程。在升温过程中，活性毁伤材料粉体吸收热量，温度逐渐上升，达到聚合物基体熔点时，其晶体结构转变为无定形结构。熔化后聚合物基体受表面张力作用，发生黏性流动和凝聚融合，使聚合物基体与含能粉体不断扩散和混合，从而形成良好结合。因此，调控升温阶段温度历程，控制基体从晶体态向无定形态转变，是实现活性毁伤材料试样组分之间良好结合的关键。

在保温过程中，聚合物分子运动加剧，颗粒间的界面消失，成为密实、连续的整体，同时含能粉体不断在熔融态基体中运动、分散，并与黏性基体材料充分结合。保温时间主要由活性药型罩的几何特性决定，对于尺寸、厚度较大的活性药型罩，一般应设定较长的保温时间，以保证罩体由表及里充分完成热交换。

在冷却硬化阶段，活性药型罩整体温度下降，聚合物基体由表及里从无定形态向重结晶态转变，熔融态聚合物基体停止流动，含能粉体组分充分嵌入和包覆，组分间强度增加，显著提高了活性药型罩的力学强度。活性药型罩制备工艺流程如图2.70所示。制备得到的活性药型罩样品如图2.71所示。

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