[发明专利]PTFE-Al-Ce含能结构材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种PTFE‑Al‑Ce含能结构材料及其制备方法，包括PTFE组分50‑70wt%，Al组分15‑25wt%，Ce组分10‑30wt%；本发明提高了Al/PTFE的动能和化学能毁伤能力，向Al/PTFE体系中添加Ce，可提高材料的密度，提升材料的动能侵彻能力；在材料撞击破碎后，可利用Ce的燃烧来促进Al/PTFE破片的充分释能，从而提高材料的能量释放效率，增强材料的化学能毁伤效能；在低速撞击条件下，Al/PTFE在撞击过程中积累的绝热温升使Ce与空气中的氧的反应，进而引发Al/PTFE组元间的反应释能。

技术领域

本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种PTFE-Al-Ce含能结构材料及其制备方法。

背景技术

铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）活性材料是一种兼具力学性能和释能特性的新型亚稳态含能结构材料。该类材料以PTFE作为氧化剂和粘结剂，Al作为还原剂和增强相，在高速撞击条件下，不需要外部提供氧化剂，自身就能发生剧烈的氧化还原反应，释放出大量的热量，与此同时，反应产物可在高温作用下迅速气化产生超压。因此，Al/PTFE活性材料用作穿甲弹弹芯材料，在高速撞击作用下能释放出大量的化学能，并能驱动壳体破碎，在靶后产生大面积破片杀伤，是一类理想的穿甲弹用弹芯材料。

铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）活性材料只有在高速撞击条件下（600 m/s）才能在积累足够的绝热温升，充分激发组元间的氧化还原反应，但在低速撞击条件下，材料在撞击破碎后虽然产生了大量的破片，但由于积累的绝热温升不足，无法激发组元间的反应，导致材料的能量释放效率偏低。此外，Al/PTFE的理论密度仅为2.4g/cm3，极大的限制了该类材料的动能侵彻能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量释放效率高、化学能毁伤效能进一步加强的含能结构材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种PTFE-Al-Ce含能结构材料，包括PTFE组分50-70wt%，Al组分15-25wt%，Ce组分10-30wt%。

优选的是，所述PTFE采用平均粒径为15-25μm的粉体，Al采用平均粒径为5-15μm的粉体，Ce采用平均粒径为20-40μm的粉体。

一种PTFE-Al-Ce含能结构材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.球磨混粉，称取平均粒径为15-25μm的PTFE粉体50-70份，平均粒径为5-15μm的Al粉体15-25份，平均粒径为20-40μm的Ce粉体10-30份，并采用硬质合金磨球作为磨料，将原料粉体和硬质合金磨球加入到球磨罐内，接着将球磨罐固定在球磨机上，在惰性气氛下进行球磨获得含能粉体；

S2.成型，将S1制备的含能粉体装进橡胶模具内，采用冷等静压工艺压制获得含能材料坯体；

S3.真空烧结，对含能材料坯体进行真空烧结处理，所述真空烧结包括以下步骤：

a) 采用真空泵对炉膛进行抽真空，直至真空度达到0.01Pa附近；

b) 以40℃/h的升温速率加热炉膛使炉膛温度升高至327-350℃，然后保温4h以上；

c)炉冷降低至室温，得到PTFE-Al-Ce含能结构材料。

优选的是，S1中，球磨工艺参数为：球磨转速150-300r/min，球磨时间不小于1h，后获得含能粉体。

优选的是，S1中，球磨每运行10-20min需停止5-10min以降低球磨罐内磨球的温度。

优选的是，S2中，冷等静压工艺参数为：压力为200MPa，保压时间为20min。

优选的是，所述惰性气氛采用Ar。

优选的是，所述PTFE粉体、Al粉体、Ce粉体的平均粒径之比为2:1:3，以形成级配颗粒。