[发明专利]一种米级超高燃速高能致密复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种米级超高燃速高能致密复合材料及其制备方法，特别是涉及一种由含氟聚合物、金属粉末以及添加剂所复配而成的超高燃速高能致密复合材料及其制备方法，该材料属于高性能含能材料，在燃气发生剂、烟火剂、固体推进剂等领域中有重要应用价值。

背景技术

高燃速含能物可在短时间内产生大量的气体并形成推力，一些快反应型气体发生器需要其气体发生剂高速燃烧以尽快形成所需气体，一些产生高辐射功率的烟火器件同样需要快速燃烧材料的助力，在油田燃气开发中使用的压裂弹需要高能成气装药。目前的高燃速物质，主要是高燃速固体推进剂。对超高燃速固体推进剂的研究，概括起来主要有燃烧催化法、增加热传导法、采用纳米粉或超细固体颗粒法、新型含能材料法、金属粉/氧化剂复合粒子法、基于对流燃烧机理法等六种思路。一般固体推进剂在其燃烧波传播过程中，都以热传导为其能量反馈的基础，因而燃烧速度都很低，即使加上燃烧催化剂、金属丝、超细颗粒等，线燃速也只能提高到200mm/s-300mm/s，再大就非常困难。通过孔隙或空隙使大量含能材料快速燃烧的技术，借助的是空腔或空隙快速传火技术，其含能材料的线燃速并没有得到提高。

本发明提供一种线燃速超过米级的超高燃速高能致密复合材料及其制备方法，该复合材料既可以单独使用，或作为配方组份复合使用，也可作为快速形成空腔的结构件使用，如在固体火箭发动机中作为无需脱模工艺的可耗性芯模使用。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种燃速超过米级的高能致密复合材料及其制备方法。

一种米级超高燃速高能致密复合材料的制备方法，该材料由固体氟聚物、金属燃料以及添加剂所复合而成，其制备方法分为湿法和干法两种不同的工艺流程；

湿法制备工艺流程包括以下三步：

(1)在室温下将固体氟聚物按一定比例在溶剂中充分溶解形成高分子溶胶；

(2)在上述高分子溶胶内加入金属燃料和添加剂，充分搅拌混合均匀，在去除溶剂过程中施加分散剂造粒，得到球形或纤维状造型粉料；

(3)上述造型粉料经过烘干后热压成型，然后在软化点附近进行稳定化处理，最后降温，复压成型，得到所述米级超高燃速高能致密复合材料，这是一种致密的含能复合材料。

干法制备工艺流程包括以下三步：

(1)各组分经过机械干法混合，直接得到均匀的固体混合物，或通过用乙酸乙酯等溶剂进行湿法混合，得到混合均匀的药浆，强制通风状态下加热搅拌驱除溶剂，真空加热烘干得到所需固态混合物；

(2)真空状态下模压上述固体混合物，得到致密的胚料块体；

(3)将上述胚料块体在330-400℃条件下烧结0.5-3小时，自然冷却，在80℃附近复压成型，得到所述米级超高燃速高能致密复合材料。

作为优选，其配方组成有以下特征：

(1)作为基体材料的固体氟聚物是指组成氟塑料或氟橡胶的固体氟聚物，或两者都有的混合物，物质状态呈超细状或微粉状或颗粒状，物质结构中至少含有四氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯、氟氯乙烯含氟聚合单元的一种或多种；固体氟聚物是燃烧物的氟型氧化元素的供给者，又起粘合剂作用，使得混合物有适当的拉伸强度；

(2)金属燃料是指可氧化的且产生大量热值的多形态的金属粉或金属丝或金属纤维的一种或多种，该金属粉或金属丝或金属纤维中的金属是指包含高热元素Li、Be、Mg、Al、Ti、Zr、Hf、Ta及其合金，或者指高热元素Li、Be、Mg、Al、Ti、Zr、Hf、Ta及其合金的氢化物、硼化物、氮化物和/或碳化物，或者上述组分的混合物；以上金属燃料作为燃料与氟发生化学还原反应生成金属氟化物，释放大量的热和一些气体产物，由此产生高能，高能是超高速燃烧的核心驱动力；

(3)添加剂包括银丝、铜丝、碳纤维、碳纳米管、氟化石墨的中一种或多种，起促进燃烧的作用，也起补强的作用。

作为优选，所述添加剂中的一维材料的长度为0.05-5mm，氟化石墨为含氟粉体，其生成焓高于氟聚物，为高能氟化物。

作为优选，其湿法制备工艺流程的步骤(1)中，所述溶剂为极性溶剂。

作为优选，所述极性溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃、氯仿中的一种或多种。

作为优选，其湿法制备工艺流程中，所述分散剂为反溶剂，该反溶剂包括水、乙醇中的一种或多种。

作为优选，其湿法制备工艺流程中，所述热压成型温度320-400℃，稳定化处理温度100-200℃，复压成型温度为60-90℃。