Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备及性能

采用模压烧结法制备Al/Fe_2O_3/聚四氟乙烯(PTFE)反应材料。通过万能实验机、落锤仪以及高速摄影仪对不同配比及烧结温度下成型Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料的准静态压缩力学特性及撞击感度进行了对比实验,对其发火性能进行了分析。结果显示,330℃烧结、PTFE含量为60%和70%的试件强度最高,最大真实应力达到46 MPa。350℃烧结、PTFE含量为40%的试件撞击感度最高,其特性落高H50为95 cm。Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料在受撞击发火的条件下会出现高温金属熔渣喷射现象。     

PTFE基含能药型罩制备及毁伤性能研究

选取了不同PTFE(聚四氟乙烯)基反应材料,通过模压烧结的工艺制备了一批具有一定强度的PTFE基含能药型罩,并利用炸药对其进行直接驱动撞靶实验。结果显示:各PTFE基含能药型罩都能在炸药驱动下成功撞击反应,Mg/PTFE反应材料制备的药型罩和Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩对靶板开孔效果极好,开孔直径分别为13cm和12cm;而Al/Fe_2O_3(AR)/PTFE反应材料制备的药型罩仅在撞击部位造成变形凹坑。研究表明靶板穿孔效应与PTFE基含能药型罩所能承受的最大真实应力值有关,药型罩所能承受的最大真实应力值过小会导致药型罩对靶板穿孔扩孔失败。     

TiH2含量对Al/PTFE准静态压缩力学性能和反应特性的影响

为了研究铝/氢化钛/聚四氟乙烯(Al/TiH_2/PTFE)反应材料的力学性能和反应特性,采用冷等静压和真空烧结工艺制备了四种不同TiH_2含量(0%,5%,10%,20%)的试件,同时制备了不含活性Al颗粒的TiH_2/PTFE试件作为对比组,对所有试件开展了准静态压缩实验。得到了不同TiH_2含量下试件的应力应变曲线及反应率数据,并记录下了试件的反应现象。对反应残渣进行了X射线衍射(XRD)物相分析,讨论了材料的反应机理。结果表明,TiH_2含量对材料性能和反应率影响显著,当TiH_2含量为5%时,反应率达到90%,材料强度达到最大值108MPa,比Al/PTFE类材料强度高15.1%;在TiH_2和Al含量相同时,TiH_2颗粒对PTFE基体增强作用大于Al颗粒;与Al/PTFE相比,含TiH_2的试件反应时出现了特殊的燃烧火苗现象,且该现象随TiH_2含量增加逐渐明显;材料断裂尖端高温引发Al与PTFE反应,使TiH_2活化,释放出氢,生成Ti C,能量释放充分,达到其作为高能添加剂的目的。     

活性材料PTFE/Al动态压缩性能

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,研究两种不同配比的聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)活性材料(PA265和PA35)在高应变率下的力学压缩性能与加载反应性能,对比分析了铝含量不同对PTFE/Al活性材料的屈服强度,破坏性能,反应性能的影响.研究结果表明: 两种PTFE/Al活性材料存在应变率效应,在应变率1000～8000 s-1范围,PA265的屈服应力为32～44 MPa,PA35的屈服应力为40～55 MPa.铝含量越高,PTFE/Al的屈服强度越高; 在应变率3100～5800 s-1范围内,两种材料的破坏应力基本相同,约为143～153 MPa; PA265和PA35的临界反应应力分别为157,163 MPa; 铝粉含量不能高于35%,否则由于缺少足够的氧化剂(PTFE)而普遍出现不完全燃烧反应的现象.     

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。     

聚四氟乙烯基铝活性材料的热化学反应特性

为获得聚四氟乙烯（PTFE）基铝（Al）活性材料的热化学反应性能,开展包含不同Al粒径的PTFE基Al活性材料在不同升温速率下的热化学反应实验。采用湿混工艺制备包含50 nm和10 μm两种Al粒径的PTFE基Al活性材料,并利用差示扫描量热法与热重分析法分析它们在10 ℃/min、 15 ℃/min、20 ℃/min、30 ℃/min升温速率下的热化学反应行为。结果表明：在10~ 30 ℃/min升 温速率中,包含纳米Al颗粒的PTFE基Al试样都发生了反应放热,而包含微米Al颗粒的PTFE基Al试样在小于900 ℃时并未与PTFE分解产物发生反应; Al颗粒的加入会对PTFE的热分解起到一定催化作用;对于Al粒径为50 nm的PTFE基Al活性材料,随着升温速率的增大,反应放热峰的峰值温度不断向高温区移动（由10 ℃/min的578.9 ℃移动到30 ℃/min时的608.5 ℃）,单 位放热量逐渐增多（由10 ℃/min升温速率下的331.6 J/g升高到30 ℃/min升温速率下的641.3 J/g）;研究结果对PTFE基Al活性材料的工程化应用具有参考意义。     

基于析因设计的PTFE/Al/SiC力学响应多因素分析

为探究SiC质量分数、SiC粒径和Al粒径及其交互作用对PTFE/Al/SiC(PAS)反应材料力学性能的影响，通过23析因准则设计并制备了8种不同配比的PTFE/Al/SiC反应材料，并进行了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆实验。通过t值排序法筛选显著因子，并分析显著因子贡献率及扰动趋势。通过响应面法分析显著的交互作用。结果显示，较高的SiC质量分数对PTFE/Al/SiC材料的力学性能具有积极影响。在应变率突变的情况下，SiC粒径对材料力学响应产生了相反的扰动趋势。Al颗粒对于PAS材料系统的力学响应作用有限。强烈的因子交互作用不容忽视。在低应变率加载下，SiC质量分数/SiC粒径交互作用显著，当SiC质量分数高且粒径较小时，可以双重优化颗粒分散状态和界面结合强度，从而提高材料的力学响应。在高应变率加载下，较高SiC质量分数的PAS材料动态力学响应较高，且SiC粒径/Al粒径交互作用显著。当SiC与Al颗粒的粒径尺寸接近时，材料的动态响应值能够得到有效提高。     

环境温度对Al-PTFE准静态压缩力学性能及反应特性的影响

为了研究环境温度对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学性能及反应特性的影响,采用冷压和烧结工艺,制备了尺寸Φ10 mm×10 mm的Al-PTFE试件(Al与PTFE的质量比为:26.5∶73.5)。利用CMT5105微机控制电子万能试验机对不同温度下的试件进行了准静态压缩,得到了材料在相应温度下的应力应变曲线。结果表明,材料的力学性能及反应特性均受环境温度的影响。温度较低时(-18,0,16℃),材料偏脆性,屈服强度高于28.31 MPa,失效应变为1.31～1.49,试件呈剪切破坏;随着环境温度的提高(22,35,80℃),材料延性增强,屈服强度低于20.26 MPa,而失效应变提升至1.84～2.08。形变能力的提升使得试件失效时其吸收的能量沿着横向拉伸应力形成的张开型裂纹瞬间释放,引发试件剧烈反应。     

Al/PTFE活性材料的动态力学行为和撞击点火特性

为探究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料在动态载荷下的力学行为及其点火机理,采用分离式霍普金森压杆对不同成型压力下所制备的Al/PTFE试件进行动态压缩试验。试验结果显示,当应变率为2960～5150 s~(-1)时,Al/PTFE试件在动态加载下呈现出典型的弹塑性力学行为,成型压力为50～150 MPa时,Al/PTFE试件的屈服强度和硬化模量并未表现出应变率效应。成型压力30～80 MPa时,Al/PTFE试件的速度点火阈值随成型压力的增加从28.77 m·s~(-1)缓慢升高到29.22 m·s~(-1),材料的点火延迟时间始终保持在600～700μs。当成型压力达100 MPa时,Al/PTFE试件的速度点火阈值大幅下降至26.60 m·s~(-1),且随着撞击速度的提高,活性材料的点火延迟时间由1000～1100μs降到600～700μs。结合扫描电镜结果可知,成型压力为100～150 MPa时,活性材料内部的局部大尺寸孔洞是材料速度点火阈值下降的重要因素。Al/PTFE活性材料的撞击引发点火特性主要与外部载荷和内部微观形貌有关。     

含孔隙富铝聚四氟乙烯/铝含能材料冲击温升规律

为研究孔隙度对富铝含量聚四氟乙烯/铝（PTFE/Al）含能材料冲击温升效应的影响,采用考虑熔化效应的一维粘塑性孔洞塌缩模型,对该材料的冲击温升进行了理论分析。建立孔隙度分别为10%、20%、30%的富铝PTFE/Al细观离散化模型,并借助非线性动力有限元软件AUTODYN开展细观数值模拟,对冲击加载下含孔隙富铝PTFE/Al含能材料的孔洞压缩及温升规律进行了分析。通过分离式霍普金森压杆实验对数值模拟结果进行了验证。结果表明：材料内部温度随着入射杆的周期性加载总体呈现出间歇性升高的现象;在压缩过程中,材料内部温度升高主要受孔洞内径速度和屈服强度的影响,且孔隙度为10%的富铝PTFE/Al含能材料（质量配比50/50,试件尺寸8 mm× 5 mm）相比孔隙度为20%和30%的富铝含量PTFE/Al含能材料,其温度升高最高。研究结果可为PTFE/Al含能材料的工程化应用提供参考。     

基于相场法的含孔平板弹塑性断裂模拟

基于金属的弹塑性断裂理论,用相场法分析不同孔间距和孔分布对平板裂纹扩展和断裂行为的影响。建立弹塑性拉伸损伤模型对含孔平板的断裂过程进行数值研究。结果表明:相场法适用于弹塑性材料内部复杂裂纹扩展的描述,孔间距和分布对含孔平板的断裂韧性有重要影响。在同一水平线上的孔洞,孔间距差值越小,产生的支反力越大;交错孔洞比并列孔洞的支反力更大、韧性更好。     

涂层断裂韧性的声发射辅助拉伸测量方法

涂层的断裂韧性与界面结合强度是表征涂层／基体材料体系力学性能的重要指标。但如何准确地测量涂层的断裂韧性和强界面结合的涂层／基体材料体系的界面结合强度至今仍存在困难。以铬涂层／钢基体材料为对象，采用声发射和显微镜实时动态检测技术与拉伸实验相结合的方法，探索了铬涂层的断裂韧性以及铬涂层／钢基体的界面剪切强度。根据相关力学模型和实验测量结果，得到铬涂层在室温下的断裂韧性为27. 41 J／m2．同时，发现在铬涂层裂纹饱和后界面开裂都未发生，获得了该种材料体系界面剪切疆度的一个下限值。     

高强度低合金钢的冷脆转变与加载速度的关系

对新发展的HQ80C和HQ100钢的动态加载断裂韧性J_(id)进行了测定,用应变片法确定启裂点。引入了一个韧脆转变的动力学模型来解释试验结果并对结果进行了讨论。     

Al粒径对富铝聚四氟乙烯基铝活性材料冲击反应性能的影响

为研究Al粒径对50％:50％质量比的富铝聚四氟乙烯基铝(PTFE/Al)活性材料在中高应变率下的冲击反应行为的影响,采用模压烧结成型法制备了50 nm、10μm、70μm、200μm 4种Al粒径的PTFE/Al活性材料试件.基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,利用高速摄像机拍摄不同应变率加载下PTFE/Al活性...     

40CrMnSiB钢圆柱壳体膨胀断裂中间状态回收试验研究

针对回火温度条件对金属圆柱壳体膨胀断裂动态过程的影响问题,设计了冻结回收试验,用于回收处于膨胀断裂状态的金属壳体断裂形貌。以200 ℃、350 ℃、500 ℃和600 ℃ 4种回火温度处理下的40CrMnSiB钢为研究对象,通过冻结回收试验获得了4种回火温度状态下壳体断裂中间状态,分析了不同回火温度对壳体断裂、裂纹萌生、扩展及分布的影响,揭示了回火温度对40CrMnSiB钢圆柱壳体宏观断裂特性的影响规律。研究结果表明：随着回火温度从200 ℃上升到600 ℃,初期受动态塑性及断裂韧性改善的影响,壳体的断裂相关参量变化明显,后期材料动态强度减小造成的影响更突出,断裂相关参量基本不变;在500 ℃回火状态下的壳体断裂应变最大,相对于200 ℃回火状态提高了48.1%.     

Al2O3-弥散强化铜合金的退火行为研究

采用原位反应合成技术制备了Cu-1.12wt%Al₂O₃合金。通过力学性能测量、断口形貌观察及显微组织结构表征,系统研究了该合金的退火行为。结果表明：对冷拉拔变形量为50%的合金进行退火处理后,合金的硬度和强度均随着退火温度的提高呈缓慢下降趋势,合金韧性得到改善;合金表现为韧性断裂,且随着退火温度的升高,韧窝尺寸和深度增大,内部布满细小的纳米Al₂O₃颗粒;退火态合金位错密度低于冷拉拔态情形、中温退火（873 K）时合金组织以变形位错胞组织和位错墙为主,高温退火（1 223 K）后出现亚晶组织,偶可见亚晶合并、长大并发展成为原始再结晶核心的过程,但由于纳米Al₂O₃颗粒的钉扎位错作用和抑制再结晶效应,基体中仍未发现有明显的再结晶组织存在,合金展示出优异的抗高温软化性能。     

纤维含量对C_f/SiC复合材料力学性能和断裂机理的影响

为实现碳化硅复合材料减重和增韧的双重目的,以Al2O3和Y2O3为烧结助剂,利用真空热压烧结工艺制备了短切碳纤维增强碳化硅复合材料。结果表明:烧结过程中,烧结助剂Al2O3、Y2O3之间发生化学反应,促进液相烧结,形成晶界间的次晶相YAG(3 Y2O3.5Al2O3),有利于提高复合材料的断裂韧性;在较高烧结温度下,碳纤维、烧结助剂与基体间发生反应,形成较强结合界面;纤维拔出、裂纹偏转和晶粒桥联是碳化硅陶瓷的主要增韧机制。     

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~#)。