典型氟聚物基活性材料冲击反应特性研究
发布时间：2021-11-06 09:57
氟聚物基活性材料作为新型含能结构材料的一个重要分支,是一种主要以高氟含量(质量分数>70%)的聚合物为基体、活性金属为填料并通过特定工艺(如研磨造粒、粉末混合、粉末压实、真空烧结等)制备而成的冲击引发反应类材料,因具有高能量水平、独特的能量释能特性并在准静态条件下表现出不敏感性等优点在军事上有巨大的应用前景。氟聚物基活性材料在冲击作用下会引发化学反应,其化学反应过程及释能速率特性受材料组分、孔隙率、颗粒尺寸等宏细观参数影响较大。本文以典型的氟聚物基活性材料(A1/PTFE/W)为研究对象,通过材料的高压物态方程与冲击温升计算模型、非均质材料化学反应动力学模型、飞片撞击与准密闭反应容器实验等研究,揭示了活性材料的冲击反应释能特性及毁伤作用规律,为活性材料在弹药中的应用提供理论依据与技术支撑。主要研究内容如下:(1)开展氟聚物基活性材料的制备工艺以及不同组分配比、颗粒尺寸的活性材料准静态压缩力学性能研究以典型氟聚物基活性材料Al/PTFE/W为研究对象,采用粉末混合、模压成型和真空烧结等成型工艺制备出不同方案的活性材料试件:开展了活性材料在应变率为10-3s-1条件下的准静态压缩实验...
【文章来源】： 南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：150 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 Al/PTFE类材料工艺及动、静态力学性能研究进展
1.2.2 高压物态方程及冲击引发化学反应模型研究进展
1.2.3 冲击压缩实验研究
1.2.4 冲击释能行为及毁伤效应研究进展
1.3 本文的研究目的、方法及主要内容
2 氟聚物基活性材料的准静态力学性能研究
2.1 引言
2.2 主要原材料及仪器设备
2.3 氟聚物基活性材料的成型工艺
2.4 氟聚物基活性材料准静态力学性能实验
2.4.1 准静态压缩实验方法
2.4.2 准静态压缩实验方案
2.4.3 准静态压缩实验结果及分析
2.5 氟聚物基活性材料的微观结构与失效分析
2.5.1 典型活性材料试件压缩前的微观结构照片
2.5.2 典型活性材料试件压缩后的断面形貌
2.5.3 材料微观结构与压缩失效模式分析
2.6 本章小结
3 考虑冲击相变的高压物态方程
3.1 引言
3.2 冲击波引起的相变
3.2.1 相变热力学与冲击相变
3.2.2 材料的冲击相变分析与判据
3.3 单质材料固相区的高压物态方程
3.3.1 单质材料固相区的三项式物态方程
3.3.2 单质材料固相区的冲击温度
3.3.3 计算结果与分析
3.4 混合物材料的高压物态方程
3.4.1 密实态混合物固相区的物态方程计算
3.4.2 疏松态混合物的物态方程计算
3.5 固-液相区的冲击温度计算
3.5.1 固-液相区的物态方程
3.5.2 固-液相区的冲击温度计算
3.5.3 典型单质材料的计算结果及分析
3.5.4 典型氟聚物基活性材料计算及分析
3.6 本章小结
4 氟聚物基活性材料的冲击压缩实验研究
4.1 引言
4.2 冲击压缩实验装置
4.2.1 冲击加载装置
4.2.2 测速系统
4.2.3 冲击参数测试装置
4.2.4 试件固定及回收装置
4.3 冲击压缩实验方案
4.3.1 实验原理
4.3.2 活性材料冲击压缩实验方案
4.3.3 飞片及试件设计
4.4 冲击压缩实验结果及处理
4.4.1 冲击压缩实验结果处理方法
4.4.2 Al/PTFE活性材料的冲击压缩结果
4.4.3 Al/PTFE/W活性材料的冲击压缩结果
4.4.4 实验结果对比分析
4.5 理论计算结果与实验数据对比分析
4.6 本章小结
5 冲击引发化学反应动力学模型
5.1 引言
5.2 Al/PTFE活性材料反应机制
5.2.1 PTFE的物理化学性质及热解
5.2.2 Al/PTFE活性材料的界面反应机理
5.2.3 Al/PTFE各基元反应速率方程
5.3 气固反应动力学模型
5.3.1 多相反应动力学处理方法
5.3.2 各步骤单独控速时速率表达式
5.3.3 同时考虑各步骤时速率表达式
5.3.4 反应系统的能量守恒
5.4 典型活性材料的冲击化学反应计算
5.4.1 反应程度随时间的变化关系
5.4.2 反应系统温度随时间的变化关系
5.5 本章小结
6 氟聚物基活性材料冲击反应特性实验研究
6.1 引言
6.2 冲击反应特性实验方案与布局
6.2.1 活性材料试件方案
6.2.2 准密闭反应容器
6.2.3 瞬态压力测试系统
6.2.4 冲击释能实验布局
6.3 冲击反应特性实验结果
6.3.1 喷射现象
6.3.2 容器内部压力
6.4 活性材料的冲击反应效率计算
6.4.1 初始冲击压力的计算
6.4.2 冲击物态方程及冲击温度计算
6.4.3 冲击引发反应速率计算
6.5 理论计算与实验结果对比分析
6.5.1 理论计算结果
6.5.2 理论计算与实验结果对比分析
6.6 本章小结
7 结束语
7.1 研究工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 今后研究的发展方向
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析 [J]. 武强,张庆明,孙浩勇,郭俊,龚自正. 航天器环境工程. 2017(01)
[2]含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究 [J]. 周杰,何勇,何源,凌琦. 含能材料. 2016(11)
[3]钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性 [J]. 任会兰,李尉,刘晓俊,陈志优. 兵工学报. 2016(05)
[4]含钨活性材料动态压缩力学性能 [J]. 陈鹏,卢芳云,覃金贵,陈荣,陈进,李志斌,蒋邦海. 兵工学报. 2015(10)
[5]Al/W/PTFE粒径级配关系对材料强度影响的实验研究 [J]. 乔良,涂建,赵利军,龚苹,马爱娥,张先锋,张将,乔光利. 兵器材料科学与工程. 2014(06)
[6]防空反导活性破片前沿技术研究综述 [J]. 郑雄伟,陈进,袁宝慧,陈元建. 飞航导弹. 2013(09)
[7]高密度活性材料及其毁伤效应进展研究 [J]. 杨益,郑颖,王坤. 兵器材料科学与工程. 2013(04)
[8]氟聚物基含能反应材料研究进展 [J]. 叶文君,汪涛,鱼银虎. 宇航材料工艺. 2012(06)
[9]活性破片引燃航空煤油实验研究 [J]. 王海福,郑元枫,余庆波,刘宗伟,俞为民. 兵工学报. 2012(09)
[10]疏松金属材料冲击温度理论分析 [J]. 何源,何勇,张先锋,乔良,赵晓宁,潘绪超. 爆炸与冲击. 2012(02)
博士论文
[1]多功能含能结构材料冲击反应与细观特性关联机制研究[D]. 乔良.南京理工大学 2013
[2]含能破片作用机制及其毁伤效应实验研究[D]. 何源.南京理工大学 2011
[3]PTFE/A1含能反应材料力学性能研究[D]. 徐松林.国防科学技术大学 2010
[4]冲击压缩下金属高压熔化规律相关问题的理论及实验研究[D]. 冉宪文.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]轻气发射装置内弹道性能数值仿真及优化设计[D]. 庄宇.南京理工大学 2017
[2]简易平面波发生器的研究[D]. 杨泰峰.太原理工大学 2016
[3]金属/聚四氟乙烯反应材料制备和动态力学特性[D]. 陈志优.北京理工大学 2016
[4]新型金属铝/氟聚物含能材料制备及其结构性能研究[D]. 张晶晶.北京理工大学 2015
[5]金属/氟聚物反应材料性能的研究[D]. 李玲琴.中北大学 2015
[6]PTFE引发Ti-B体系低温燃烧合成研究[D]. 廖秋平.南京航空航天大学 2014
[7]多功能含能结构材料冲击压缩特性及其反应行为研究[D]. 史安顺.南京理工大学 2013
[8]极低初始密度疏松材料冲击响应特性理论研究[D]. 耿华运.中国工程物理研究院 2001
本文编号：3479625
【文章来源】： 南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：150 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 Al/PTFE类材料工艺及动、静态力学性能研究进展
1.2.2 高压物态方程及冲击引发化学反应模型研究进展
1.2.3 冲击压缩实验研究
1.2.4 冲击释能行为及毁伤效应研究进展
1.3 本文的研究目的、方法及主要内容
2 氟聚物基活性材料的准静态力学性能研究
2.1 引言
2.2 主要原材料及仪器设备
2.3 氟聚物基活性材料的成型工艺
2.4 氟聚物基活性材料准静态力学性能实验
2.4.1 准静态压缩实验方法
2.4.2 准静态压缩实验方案
2.4.3 准静态压缩实验结果及分析
2.5 氟聚物基活性材料的微观结构与失效分析
2.5.1 典型活性材料试件压缩前的微观结构照片
2.5.2 典型活性材料试件压缩后的断面形貌
2.5.3 材料微观结构与压缩失效模式分析
2.6 本章小结
3 考虑冲击相变的高压物态方程
3.1 引言
3.2 冲击波引起的相变
3.2.1 相变热力学与冲击相变
3.2.2 材料的冲击相变分析与判据
3.3 单质材料固相区的高压物态方程
3.3.1 单质材料固相区的三项式物态方程
3.3.2 单质材料固相区的冲击温度
3.3.3 计算结果与分析
3.4 混合物材料的高压物态方程
3.4.1 密实态混合物固相区的物态方程计算
3.4.2 疏松态混合物的物态方程计算
3.5 固-液相区的冲击温度计算
3.5.1 固-液相区的物态方程
3.5.2 固-液相区的冲击温度计算
3.5.3 典型单质材料的计算结果及分析
3.5.4 典型氟聚物基活性材料计算及分析
3.6 本章小结
4 氟聚物基活性材料的冲击压缩实验研究
4.1 引言
4.2 冲击压缩实验装置
4.2.1 冲击加载装置
4.2.2 测速系统
4.2.3 冲击参数测试装置
4.2.4 试件固定及回收装置
4.3 冲击压缩实验方案
4.3.1 实验原理
4.3.2 活性材料冲击压缩实验方案
4.3.3 飞片及试件设计
4.4 冲击压缩实验结果及处理
4.4.1 冲击压缩实验结果处理方法
4.4.2 Al/PTFE活性材料的冲击压缩结果
4.4.3 Al/PTFE/W活性材料的冲击压缩结果
4.4.4 实验结果对比分析
4.5 理论计算结果与实验数据对比分析
4.6 本章小结
5 冲击引发化学反应动力学模型
5.1 引言
5.2 Al/PTFE活性材料反应机制
5.2.1 PTFE的物理化学性质及热解
5.2.2 Al/PTFE活性材料的界面反应机理
5.2.3 Al/PTFE各基元反应速率方程
5.3 气固反应动力学模型
5.3.1 多相反应动力学处理方法
5.3.2 各步骤单独控速时速率表达式
5.3.3 同时考虑各步骤时速率表达式
5.3.4 反应系统的能量守恒
5.4 典型活性材料的冲击化学反应计算
5.4.1 反应程度随时间的变化关系
5.4.2 反应系统温度随时间的变化关系
5.5 本章小结
6 氟聚物基活性材料冲击反应特性实验研究
6.1 引言
6.2 冲击反应特性实验方案与布局
6.2.1 活性材料试件方案
6.2.2 准密闭反应容器
6.2.3 瞬态压力测试系统
6.2.4 冲击释能实验布局
6.3 冲击反应特性实验结果
6.3.1 喷射现象
6.3.2 容器内部压力
6.4 活性材料的冲击反应效率计算
6.4.1 初始冲击压力的计算
6.4.2 冲击物态方程及冲击温度计算
6.4.3 冲击引发反应速率计算
6.5 理论计算与实验结果对比分析
6.5.1 理论计算结果
6.5.2 理论计算与实验结果对比分析
6.6 本章小结
7 结束语
7.1 研究工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 今后研究的发展方向
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析 [J]. 武强,张庆明,孙浩勇,郭俊,龚自正. 航天器环境工程. 2017(01)
[2]含能毁伤元冲击引爆模拟战斗部试验研究 [J]. 周杰,何勇,何源,凌琦. 含能材料. 2016(11)
[3]钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性 [J]. 任会兰,李尉,刘晓俊,陈志优. 兵工学报. 2016(05)
[4]含钨活性材料动态压缩力学性能 [J]. 陈鹏,卢芳云,覃金贵,陈荣,陈进,李志斌,蒋邦海. 兵工学报. 2015(10)
[5]Al/W/PTFE粒径级配关系对材料强度影响的实验研究 [J]. 乔良,涂建,赵利军,龚苹,马爱娥,张先锋,张将,乔光利. 兵器材料科学与工程. 2014(06)
[6]防空反导活性破片前沿技术研究综述 [J]. 郑雄伟,陈进,袁宝慧,陈元建. 飞航导弹. 2013(09)
[7]高密度活性材料及其毁伤效应进展研究 [J]. 杨益,郑颖,王坤. 兵器材料科学与工程. 2013(04)
[8]氟聚物基含能反应材料研究进展 [J]. 叶文君,汪涛,鱼银虎. 宇航材料工艺. 2012(06)
[9]活性破片引燃航空煤油实验研究 [J]. 王海福,郑元枫,余庆波,刘宗伟,俞为民. 兵工学报. 2012(09)
[10]疏松金属材料冲击温度理论分析 [J]. 何源,何勇,张先锋,乔良,赵晓宁,潘绪超. 爆炸与冲击. 2012(02)
博士论文
[1]多功能含能结构材料冲击反应与细观特性关联机制研究[D]. 乔良.南京理工大学 2013
[2]含能破片作用机制及其毁伤效应实验研究[D]. 何源.南京理工大学 2011
[3]PTFE/A1含能反应材料力学性能研究[D]. 徐松林.国防科学技术大学 2010
[4]冲击压缩下金属高压熔化规律相关问题的理论及实验研究[D]. 冉宪文.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]轻气发射装置内弹道性能数值仿真及优化设计[D]. 庄宇.南京理工大学 2017
[2]简易平面波发生器的研究[D]. 杨泰峰.太原理工大学 2016
[3]金属/聚四氟乙烯反应材料制备和动态力学特性[D]. 陈志优.北京理工大学 2016
[4]新型金属铝/氟聚物含能材料制备及其结构性能研究[D]. 张晶晶.北京理工大学 2015
[5]金属/氟聚物反应材料性能的研究[D]. 李玲琴.中北大学 2015
[6]PTFE引发Ti-B体系低温燃烧合成研究[D]. 廖秋平.南京航空航天大学 2014
[7]多功能含能结构材料冲击压缩特性及其反应行为研究[D]. 史安顺.南京理工大学 2013
[8]极低初始密度疏松材料冲击响应特性理论研究[D]. 耿华运.中国工程物理研究院 2001
本文编号：3479625
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