Fe颗粒增强Al/PTFE反应材料的力学性能、冲击反应特性及能量释放效应

铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料是一种非常有前景的反应结构材料。为了提高材料的力学性能和反应性,将Fe颗粒加入Al/PTFE反应材料中。对Al/PTFE/Fe反应材料进行准静态和动态压缩试验,观察到明显的应变和应变率硬化现象,且当Fe含量为30%(质量分数)时,在5000 s^(-1)的应变率下,抗压强度达191.8 MPa,较Al/PTFE提升了39%。定向的PTFE纳米纤维丝能有效地阻碍裂纹的扩展。通过高速摄影对霍普金森杆和落锤冲击下的能量释放进程进行观察,且通过新设计的装置对反应活性进行定量表征。结合TG-DSC和XRD,明确了Al/PTFE和Al/Fe之间的反应。通过霍普金森杆的实验数据建立Johnson-Cook本构模型,模型结果与实验数据吻合较好。在冲击状况下,材料的反应性是多重行为的结果。

碳纤维对PTFE/Al反应材料动态力学行为和点火特性影响研究

本研究旨在探讨短切碳纤维(carbon fiber,CF)单丝对聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)反应材料动态力学和点火特性的影响.首先,制备了PTFE/Al和PTFE/Al/CF反应材料,开展了材料的动态力学性能测试,获得了力学性能与点火参数,记录了冲击压缩过程.结果表明,添加CF导致PTFE/Al材料的弹性模量大幅降低,弹性模量因子的应变率效应与失效应变因子的应变率效应降低.在此基础上,分析了不同CF质量分数对反应材料的冲击压缩过程与回收试件、冲击点火速度(应变率)阈值的影响.结果表明,纤维通过固结强化作用,低CF质量分数的PTFE/Al/CF试件具有较好的抗动态压缩性和能量吸收效果.随着CF质量分数的提高,TFE/Al/CF反应材料速度(应变率)点火阈值降低,反应强度和反应时间有提高.为碳纤维填充改性PTFE/Al反应材料的设计和冲击应用提供参考.

落锤加载下反应材料的反应性能

为了研究反应材料在落锤加载下的反应性能,利用10kg落锤直接加载反应材料,获得了材料在落锤不同落高加载下的应力—时间曲线;将应力—时间曲线和高速摄影拍摄结果进行了对比,并分析计算了单位质量材料在发生反应时的吸收能量;基于材料的Johnson-Cook本构模型,使用有限元计算软件LS-DYNA计算了加载过程中的材料力学性能变化。结果表明,在无约束情况下使用10kg落锤加载,随着落锤下落高度的增加,应力随时间的变化越快,材料在1000μs时发生反应,对应的临界应力为281MPa,单位质量反应材料在发生反应时吸收的能量为40.9J/g,数值计算结果与实验结果能够吻合,进一步验证了材料Johnson-Cook本构模型的合理性。

PTFE/Al反应材料制备工艺及性能

氟聚物基反应材料是一种主要由氟聚物和金属填料组成的亚稳态含能复合材料,也是近年来国外研究报道较多的一种新型含能材料。采用冷压、热烧结法制备了PTFE/Al反应材料,测试了其理化性能、热分解性能和力学性能,在此基础上,进一步研究了压制成型和烧结工艺参数。

PTFE/Al反应材料的力学性能研究

反应材料是一种由冲击引发的新型含能材料,对其力学性能的研究是其广泛应用的一个重要前提。在室温下,利用万能试验机和改进的摆锤冲击试验机对聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)系列反应材料的拉伸和冲击性能进行了实验研究。随着Al含量的增加,反应材料的密度和燃烧热升高,拉伸强度呈先升高后降低的趋势,在Al含量为6%左右时达到最大值36.1MPa,与计算结果较符合。推测反应材料的损伤过程为变形、开裂和反应3步。Al含量的增加导致反应材料试样的冲击韧性先升高后降低,在Al含量为40%左右时达到最大值72.06J/cm2。随着Al含量的增加,材料的反应难度增加,反应自持性降低。

氟聚物基含能反应材料研究进展

对氟聚物基含能反应材料进行了概述,介绍了反应材料的组分、结构特点以及制备关键技术,并对反应材料各项性能指标进行了综述,对氟聚物基反应材料的应用现状和前景进行了归纳和展望。

Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩性能与冲击释能特性

为了提高铝/聚四氟乙烯/钨(Al/PTFE/W)氟聚物基反应材料的冲击反应毁伤效能,开展了Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩实验。分析了W的含量(0%,30%,65%)、Al颗粒粒径(13,45,75μm)以及PTFE颗粒尺寸(25,160μm)对反应材料的准静态力学性能的影响。用准静态密闭反应容器对反应材料进行了冲击释能测试,测得反应材料在750~1200 m·s^(-1)的冲击反应压力、释能持续时间。分析了Al颗粒粒径及PTFE材料粒径对冲击反应释能特性的影响。结果表明,当W的含量为0,30%和65%时,反应材料的失效强度分别为55.6、64.8和22.8 MPa,W的含量变化对屈服强度的影响不大。Al颗粒的尺寸从75μm减小到13μm时,反应材料的失效强度从64.7 MPa提高到83.1 MPa,提高幅度为28.4%。增大PTFE基体材料的粒径也可有效地提高反应材料的失效强度。反应材料的初始反应压力阈值和释放能量持续时间受材料粒径和准静态压缩力学性能的影响。

烧结工艺对Ni/Al/W含能反应材料性能的影响

采用粉末冶金工艺制备Ni/Al/W含能反应材料,对比研究550℃烧结温度下烧结时间对Ni/Al/W含能反应材料密度、抗压强度以及显微组织的影响,并通过烧结样品DSC曲线计算得到不同烧结时间Ni/Al/W材料的反应放热量,分析烧结样品的反应放热特征。研究表明,烧结温度为550℃、烧结时间为1~3 h时,Ni/Al/W材料的密度先降低后升高,抗压强度先升高后降低,反应放热量不断减小;烧结时间为2 h时,Ni/Al/W含能反应材料具有相对较高的密度、强度和反应放热量,密度达到9.8 g/cm3,准静态压缩强度为1 150 MPa,反应放热量为121.2 J/g。

一种反应材料制备及准静态力学特性研究

采用热压烧结法制备Zr/W/PTFE反应材料,利用扫描电镜和材料试验机研究其在常态下的微观组织和准静态压缩力学性能;研究结果表明烧结温度过高或过低都会导致Zr/W/PTFE材料密度和强度降低;静态压缩曲线呈现出明显的弹性变形、非弹性变形和应变软化阶段,并具有应变率效应;试件的压缩破坏有劈裂、剪切和劈裂/剪切3种破坏形态.该材料呈现出黏弹塑性,采用修正的Sargin模型唯象地建立了材料在低应变率范围内的本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好.

三种反应材料药型罩对双靶板毁伤性能实验研究

为验证Al/PTFE、Ni/PTFE、Al/Fe_2O_3/PTFE 3种氟基反应材料的毁伤性能,通过模压烧结的方法制备了3种氟基反应药型罩,同时进行了破甲验证试验。结果显示:3种氟基反应药型罩均能在炸药驱动撞击下发生化学反应,并能有效贯穿第1层靶板,Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩撞击时对靶板的径向膨胀扩孔效应最明显,对第1层靶板的开孔直径达到16cm,但未能贯穿第2层靶板;Ni/PTFE反应材料制备的药型罩在贯穿第1层靶板后能有效贯穿第2层靶板,且对第2层靶板的开孔直径达到1.5cm;3种氟基反应药型罩对第1层靶板的开孔大小依次为Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)、Al/PTFE(1~#)、Ni/PTFE(2~#);对第2层靶板的开孔大小依次为Ni/PTFE(2~#)、Al/PTFE(1~#)、Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)。

非平衡态Al/PTFE反应材料制备及其热性能

用机械合金化方法制备了Al-Ni-Ti-Zr非平衡态合金粉末。将制备的Al基非平衡态合金粉末与聚四氟乙烯(PTFE)微米粉混合压制制备了非平衡态Al-Ni-Ti-Zr/PTFE反应材料。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了球磨过程中粉末的相组成和形貌特征。利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)分析了球磨后合金粉末的相结构。利用差示扫描量热法(DSC)分析了非平衡态Al/PTFE反应材料的热行为。结果表明:通过机械合金化方法可以制备出Al基非平衡态合金粉末。存在弥散在Al基非晶基体中的纳米级微晶岛状区域。在升温速率10 K·min^(-1)、空气气氛下,非平衡态Al/PTFE反应材料的反应峰值温度为495℃,放热峰积面积为1775 J·g^(-1)。连续升温条件下,非平衡态Al/PTFE反应材料的放热反应具有典型的动力学特征,通过Kissinger法计算的反应活化能E_c为309.1 kJ·mol^(-1)。

内置冲击反应材料弹丸壳体侵彻损伤效应研究

基于冲击波理论、带侵蚀模型的空腔膨胀理论及圆柱壳体动力学模型建立了内置冲击反应材料弹体结构侵彻靶板过程模型和过靶后的壳体变形模型。通过Matlab编程得到反应材料段壳体变形的时间历程,并分析了冲击速度和锥角对弹头速度、加速度、侵蚀质量、等效锥角及侵透靶时壳体变形量的影响。研究成果为内置冲击反应材料弹丸侵彻靶板时的结构变形损伤研究提供理论分析方法,并为反应材料损伤和冲击反应条件研究提供了基础支撑和参考依据。

金属铋对铝基水反应材料水解性能的影响（英文）

采用高能球磨法制备了Al-Bi复合材料,研究了铋含量对水反应材料转化速率的影响,及铝/水质量比和起始反应水温对铝基水反应活性材料的水解反应性能的影响。结果表明,铋质量分数由0增加至10%,复合材料的氢气转化率由5.4%先提高至71.2%后降低至62.4%,其中铋的最佳质量分数为5%。随着铝/水质量比从1∶40变化至1∶100,对复合材料转化率的影响较小,但对反应速率影响明显,其中铝/水质量比为1∶60时产氢速率最高,达到114mL/(min·g)。复合材料的产氢速率和氢气转化效率随着海水起始温度的增加而增加,海水起始温度由20℃提高到80℃,氢气转化效率提高了29.8%。

基于CT图像的Al/PTFE反应材料冲击压缩行为的三维细观模拟研究

为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)反应材料的细观冲击响应,采用理论与数值模拟的方法对Al/PTFE反应材料的冲击压缩行为进行了研究。基于三项式物态方程和混合物叠加原理,计算了Al/PTFE反应材料的冲击Hugoniot曲线及Al与PTFE材料的冲击压力—冲击温升关系;采用纳米CT获得了材料的三维细观图像,并采用数字图像处理和网格映射方法,建立了基于材料真实细观结构的三维有限元模型,计算获得的冲击Hugoniot关系与理论结果吻合较好。数值模拟研究结果表明,Al/PTFE反应材料在细观冲击压缩过程中,材料细观尺度上的波阵面呈不平整状态;铝颗粒主要受到沿冲击方向上的压缩作用,形状并未发生明显改变,W颗粒的加入使邻近的Al颗粒剧烈变形;冲击压缩后PTFE基体的温度明显高于Al颗粒的温度。当撞击速度为1500m/s时,PTFE基体的温度达3000K以上,而铝颗粒仅为400K左右。

可渗透反应墙反应材料研究进展

可渗透反应墙(PRB)技术是一种经济高效的被动地下水污染原位修复技术,被认为是最有潜力的地下水处理技术之一。污染地下水流经PRB墙体时,污染物被墙体内的反应材料截留或降解,实现污染物的去除,因此,PRB材料的研发是该技术的研究热点。迄今为止,基于种类众多的反应材料,PRB已被成功用于多种污染物的去除。本文在分类阐述PRB反应材料的基础上,解析了各类材料去除污染物的作用机制,并对PRB材料的选择和研发应用进行了展望。

PTFE/Al/CuO冲击激发反应材料性能分析

反应材料是一种由冲击引发的新型含能材料,其独特的力学和释能特性使其具有重要的应用前景。通过力学实验技术,分析一种基于压实烧结工艺制备的反应材料的组分和颗粒尺寸对材料性能的影响。在室温下利用万能材料试验机,得到不同配比反应材料的准静态压缩应力应变曲线。结果显示,未烧结的反应材料性能主要取决于(聚四氟乙烯)PTFE,烧结后的反应材料随着铜铝热剂含量增加屈服强度呈现先增加而后减小的变化趋势。采用纳米颗粒PTFE时,反应材料在烧结过程中容易发生反应,使得烧结后的反应材料强度反而弱于未烧结的。此外,还通过落锤实验观察分析了反应材料的发火能力。发现添加铜铝热剂有助于提升反应材料的反应能力,且采用纳米PTFE材料后也有助于提升材料反应能力。

反应材料冲击压缩行为的三维细观数值模拟

为研究反应材料的细观冲击响应行为,采用细观数值模拟方法对Al/PTFE(铝/聚四氟乙烯)与Al/Ni反应材料的冲击压缩行为进行了分析研究。采用球磨混合和静压方法,制备了两种反应材料试样,并使用纳米CT设备获得了材料的细观图像,借助图像处理和网格映射方法,建立了基于材料真实细观结构的三维有限元模型,计算获得的冲击Hugoniot关系与理论结果吻合较好。细观数值模拟结果表明:反应材料的冲击波阵面在细观尺度内呈不平整状态,颗粒相在冲击波作用下主要表现为沿冲击压缩方向的体积压缩和运动;在较高撞击速度下,Al/PTFE反应材料的PTFE基体将发生熔化,而Al/Ni反应材料在本研究范围内保持固态。

PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料的力学及反应性能

为研究PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下的力学响应和反应特性,在PTFE/Al基础配方中加入不同体积分数的Fe_2O_3,制备了PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征,并用准静态压缩和落锤撞击试验研究了材料的力学和反应性能。结果表明,随着Fe_2O_3含量的增加,PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料压缩强度先增加后减小,当Fe_2O_3体积分数为15%时,材料的压缩强度达到最大,为88MPa;含Fe_2O_3体积分数5%的反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下均能发生剧烈的爆炸反应,但对其反应产物的XRD分析表明,Fe_2O_3与Al之间的铝热反应并未被触发;Fe_2O_3体积分数为15%和25%的反应材料在准静态压缩条件下未见发火现象,但在落锤撞击试验中,发生了剧烈的爆炸和燃烧,并在其反应产物中检测到了AlF_3、Al_2O_3、Fe、FeF_2、FeO(OH)的衍射峰,表明发生了铝热反应。

Al-Ni-PTFE反应材料的准静压力学响应与毁伤性能研究

为研究Ni作为添加物对Al-PTFE反应材料力学性能及反应特性的影响,采用模压烧结法制备了不同配比的Al-Ni-PTFE试件,通过准静态压缩实验和毁伤打靶实验,对Al-Ni-PTFE反应材料的准静压力学响应与毁伤性能进行了研究。结果表明:随着Ni含量的增加,材料由延性转变为脆性,材料强度呈现先增后减的趋势,当Ni的体积分数为10%时,材料的应变硬化模量和压缩强度达到最大,分别为51.35MPa和111.41MPa。毁伤打靶实验中,对于3mm钢板,Al-PTFE的毁伤效果最好;对于10mm钢板,Ni体积分数为10%的Al-Ni-PTFE的毁伤效果最好。在实际应用中,对于不同的毁伤目标,可针对性设计不同配比的Al-Ni-PTFE毁伤元。

Al/PTFE/SiC反应材料准静压性能研究

为了研究加入纳米SiC后Al/PTFE/SiC反应材料准静态压缩的力学性能和反应影响因素,采用模压烧结工艺制备了5类不同SiC含量的Al/PTFE/SiC试件,并开展准静态压缩实验,得到了真实应力应变曲线;根据试件的失效形貌特征,分析了准静态压缩下材料的力学性能和反应影响因素。结果表明:添加纳米SiC可提高Al/PTFE材料的弹性模量和屈服强度,降低失效应变值,少量的纳米SiC可提高Al/PTFE/SiC材料的抗压强度。