一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料及其制备工艺的制作方法

2021-01-31 06:01:19|

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本发明涉及含能材料的技术领域，具体而言，涉及一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料及其制备工艺。

背景技术：

铝/聚四氟乙烯活性材料是一种能够在冲击载荷作用下发生强烈爆燃反应并释放出大量能量的含能材料，常态下具有与传统火炸药类含能材料类似的稳定性特征，并具有更高的密度和机械强度，可作为结构材料替代弹药中的战斗部壳体、聚能药型罩等结构，同时还可作为冲击防护材料，其中铝/聚四氟乙烯材料作为代表，以其独特的释能特性，成为国防领域最具应用前景的材料之一。

铝/聚四氟乙烯活性材料主要应用在爆轰驱动与侵彻方面，在爆轰驱动作用下要求材料不发生破碎，为了使其具有一定的侵彻能力，要求铝/聚四氟乙烯活性材料具有较高的动态压缩强度。目前现有技术提高铝/聚四氟乙烯活性材料动态压缩强度的方法较为复杂，往往需要通过组分调控的增强手段在铝/聚四氟乙烯活性材料中加入了大量不易反应的物质，从而导致铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力的下降，且动态压缩强度提升效果较差，实用性低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其能够在不影响铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力的前提下对材料的动态压缩强度进行提升，且提升效果好，产品实用性高。

本发明的另一目的在于提供一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制作工艺，此工艺流程简单，有助于降低成本，且材料的动态压缩强度提升效果好，易于生产，产品实用价值高。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一方面，本发明实施例提供一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括如下原料：铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须。

另一方面，本申请实施例提供一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：

混合原料制备：在真空手套箱中，称取铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须，然后通过混料机混匀，得到混合原料；

药柱压制：在真空手套箱中，将上述混合原料装入模具，然后从真空手套箱中取出模具，将模具放在压力机中，进行压制，压制后得到药柱；

成品烧结：将上述药柱从模具中取出，放置在马弗炉中，向马弗炉充入保护气体，在保护气体环境下使马弗炉升温进行烧结，烧结后进行冷却，得到成品。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

针对第一方面，本发明实施例提供了一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括如下原料：铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须。

这样的金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其将锆丝晶须作为填料，对铝/聚四氟乙烯活性材料进行改进，锆丝晶须不会对铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力造成影响，同时能够使铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度得以提升，通过实验检测，添加了锆丝晶须的铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度明显高于传统铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度，实用性高。

针对第二方面，本发明实施例提供了一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：混合原料制备、药柱压制和药柱烧结。

这样的金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，通过上述混合原料制备步骤将铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须充分混合均匀，确保产品质地均一性，从而保障材料特性，确保产品性能，提升产品实用价值；通过上述药柱压制步骤，控制增压速率将混合药粉压制成药柱，能够避免原料特性因压力过大而遭到破坏，同时也能够将原料压制结合的更加紧密，从而提升产品的动态压缩强度，提高产品的实用价值；通过上述药柱烧结步骤，控制马弗炉的升温速率对药柱进行烧结，能够避免药柱性能因温度过高而遭到破坏，同时也能将药柱烧结的更加紧密充分，从而进一步提升产品的动态压缩强度，进一步增强产品的实用价值；改工艺以锆丝晶须作为填料，对铝/聚四氟乙烯活性材料进行改进，不会对铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力造成影响，整个工艺流程简单，有利于降低生产成本，易于生产，且所生产的产品通过实验检测，其动态压缩强度高，实用价值高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为通过传统工艺制备的铝/聚四氟乙烯材料的动态压缩实验数据图；

图2为本发明实施例提供的一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯材料的动态压缩实验数据图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括如下原料：铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须。

在上述实施例中，其将锆丝晶须作为填料，对铝/聚四氟乙烯活性材料进行改进，锆丝晶须不会对铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力造成影响，同时能够使铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度得以提升，与铝粉和聚四氟乙烯粉的适配度高；通过实验检测，添加了锆丝晶须的铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度明显高于传统铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度，实用性高。

在本发明的一些实施例中，上述铝粉的粒径为50-55nm，上述聚四氟乙烯粉的粒径为30-40μm，上述锆丝晶须的直径为80-100μm，长度为8-10mm。

在上述实施例中，通过采用粒径为50-55nm的铝粉、粒径为30-40μm的聚四氟乙烯粉、直径为80-100μm，长度为8-10mm的锆丝晶须，能够在后续压制的过程中使材料之间相互结合的更加紧密，避免因锆丝晶须的尺寸过大而使材料产生缝隙，同时避免因锆丝晶须的尺寸过小而对产品性能产生影响，有助于提高产品性能，加强使用效果，提升产品的实用价值。

在本发明的一些实施例中，上述铝粉的重量份为15-20份，上述聚四氟乙烯粉的重量份为50-55份，上述锆丝晶须的重量份为30-35份。

在上述实施例中，采用这样的重量配比，能够确保产品的使用性能，避免因锆丝晶须的份数过多或过少而对产品性能造成影响，同时这样的配比也有助于使材料之间更好的配好，从而提升产品性能，能够提高产品的实用价值。

本发明实施例还提供了一种金属晶须增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：

混合原料制备：在真空手套箱中，称取铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须，然后通过混料机混匀，得到混合原料；

药柱压制：在真空手套箱中，将上述混合原料装入模具，然后从真空手套箱中取出模具，将模具放在压力机中，进行压制，压制后得到药柱；

在上述实施例中，通过上述混合原料制备步骤将铝粉、聚四氟乙烯粉和锆丝晶须充分混合均匀，确保产品质地均一性，从而保障材料特性，确保产品性能，提升产品实用价值；通过上述药柱压制步骤，控制增压速率将混合药粉压制成药柱，能够避免原料特性因压力过大而遭到破坏，同时也能够将原料压制结合的更加紧密，从而提升产品的动态压缩强度，提高产品的实用价值；通过上述药柱烧结步骤，控制马弗炉的升温速率对药柱进行烧结，能够避免药柱性能因温度过高而遭到破坏，同时也能将药柱烧结的更加紧密充分，从而进一步提升产品的动态压缩强度，进一步增强产品的实用价值；改工艺以锆丝晶须作为填料，对铝/聚四氟乙烯活性材料进行改进，不会对铝/聚四氟乙烯活性材料冲击反应释能能力造成影响，整个工艺流程简单，有利于降低生产成本，易于生产，且所生产的产品通过实验检测，其动态压缩强度高，实用价值高。

在本发明的一些实施例中，上述混合原料制备过程中，使用混料机混合20-40min，得到混合原料。

在上述实施例中，通过使用混料机将各原料混合20-40min，能够使原料充分混合均匀，确保产品质地均匀性，从而保证产品性能，有利于后续步骤顺利进行。

在本发明的一些实施例中，上述混合原料制备过程中，使用yg-5kg型号的混料机混合30min，得到混合原料。

在上述实施例中，通过使用yg-5kg型号的混料机将各原料混合30min，能够方便控制混合时间，从而更好的保证产品质地的均匀性，能够进一步保证产品性能，有利于后续步骤顺利进行。

在本发明的一些实施例中，上述药柱压制过程中，将模具放入压力机后，以10-20mpa/min的增压速率增压至100mpa，保压1-5min；再以5-10mpa/min的增压速率增压至400mpa，保压1-5min，压制完成后得到上述药柱。

在上述实施例中，通过将模具放入压力机，以10-20mpa/min的增压速率增压至100mpa，保压1-5min；再以5-10mpa/min的增压速率增压至400mpa，保压1-5min进行压制，控制增压速率，将增压压制分为两段，这样能够保护原料性能不会在增压压制的过程中因压力过高而遭到破坏，同时也能够更好的将原料紧密结合在一起，能够充分发挥各原料的性能，从而更好的提升产品的实用价值。

在本发明的一些实施例中，上述成品烧结过程中，将上述药柱从模具中取出，放置在马弗炉中，向马弗炉充入保护气体，保护气体流量为15-30l/min，在保护气体环境下，以1-3℃/min的升温速率升温至300-350℃，再以1-2℃/min的升温速率升温至360-400℃，保温30-40min，然后以1-3℃/min的降温速率降温至120-100℃，最后自然降温至室温，得到成品。

在上述实施例中，通过向马弗炉中充入保护气体，并控制保护气体流量为15-30l/min，能够保护上述药柱在后续烧结的过程中不被杂质污染，从而进一步提升产品的性能；同时保护气体也可起到传热的作用，有利于烧结的进行，从而更好的提升产品的实用价值；在保护气体环境下，通过控制马弗炉以1-3℃/min的升温速率升温至300-350℃，再以1-2℃/min的升温速率升温至360-400℃，保温30-40min，然后以1-3℃/min的降温速率降温至120-100℃，最后自然降温至室温，通过对烧结温度进行多段控制，能够避免药柱性能在烧结时因温度过高而遭到破坏，有利于保证产品性能；同时也能够使药柱烧结的更加充分，有利于提高产品的实用价值。

在本发明的一些实施例中，上述成品烧结过程中，将上述药柱从模具中取出，放置在马弗炉中，向马弗炉充入保护气体，保护气体流量为20l/min，在保护气体环境下，以1.8℃/min的升温速率升温至325℃，再以1℃/min的升温速率升温至385℃，保温30min，然后以1.5℃/min的降温速率降温至100℃，最后自然降温至室温，得到成品。

在上述实施例中，通过向马弗炉中充入保护气体，并控制保护气体流量为20l/min，能够保护上述药柱在后续烧结的过程中不被杂质污染，从而进一步提升产品的性能；同时保护气体也可起到传热的作用，有利于烧结的进行，从而更好的提升产品的实用价值；在保护气体环境下，通过控制马弗炉以1.8℃/min的升温速率升温至325℃，再以1℃/min的升温速率升温至385℃，保温30min，然后以1.5℃/min的降温速率降温至100℃，最后自然降温至室温，通过对烧结温度进行多段控制，能够避免药柱性能在烧结时因温度过高而遭到破坏，有利于保证产品性能；同时也能够使药柱烧结的更加充分，有利于提高产品的实用价值。

在本发明的一些实施例中，上述成品烧结过程中，上述保护气体为氮气。

在上述实施例中，通过使用氮气能够更好的起到保护作用，同时也能起到导热的功效，使用方便。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1