包覆型多孔金属泡沫复合炸药及其制备方法

摘要

本发明属于含能材料领域，具体涉及复合炸药及制备技术。其组成包括炸药药料和泡沫金属。泡沫金属质量占总质量的5%-60%，炸药药料占40%-95%；泡沫金属为开孔结构，孔隙率30%~95%，通孔率大于50%，平均孔径大于0.5mm，密度为同体积金属的0.1~0.7倍。其制备方法是先将炸药药料混合后加热至其熔点以上；再将泡沫金属胚件浸入熔融态炸药药料中浸泡3-10个小时；将充满炸药的泡沫金属取出，自然冷却得成品。本发明以泡沫金属为基体骨架，使炸药药料被均匀填充在泡沫金属的各个孔中。改善了火炸药的安全性、力学性能和长储稳定等性能，具有金属能量利用率高、便于安装运输等优点。制备方法过程简单，并且在制备过程中炸药药料处于熔融态，具有安全、稳定可靠的优点。

说明书

技术领域：

本发明属于含能材料领域，具体涉及到复合炸药及其制备技术。

背景技术：

炸药是军事工业中重要的原料，炸药爆炸输出能量的大小直接决定武器的性能。提高炸药输出能量一般有以下方式：发明新的高能单质炸药，多种炸药混合，以某种炸药为主体，添加少量附加物改善性能。其中，向炸药中添加金属粉末是常用的一种方法。炸药爆轰产生的爆轰波促使金属粉末与炸药内部或外部氧化剂迅速发生氧化反应，释放大量热，提高炸药的爆热和爆压。可用于添加的金属粉末包括铝、镁、钼、钨、硼等高能金属粉末，其中，由于铝粉价格合适、性能优异，成为应用最广泛的炸药添加物(含铝炸药)。通常，所添加的金属粉末粒径越小，比表面积越大，越容易与氧化剂发生反应，对提高炸药性能越有利。但粒径小的金属粉末在存储过程中易被空气中的氧气氧化，降低活性度，不利于提高炸药输出能量。同时，加入的金属粉末成为炸药内新增的潜在热点，在冲击等作用下，金属热点易引发炸药反应，提高了炸药感度。以铝粉为例，如美国的HTA-3炸药，其配方组成(%)为：梯恩梯28.65/奥克托今49/铝粉22/硅酸钙0.35。这种炸药装药的密度高、质量好、爆炸能量大，但是由于机械感度偏高，导致安全性较差，使用受到一定限制。铝是燃料空气炸药(FAE)的重要组分，铝粉的活性是评判FAE性能的重要指标。已有工作表明（梁慧敏、白春华，《高能固态FAE燃料贮存寿命研究》，火炸药学报，1999(3)：21－24）：在封装好的FAE混合燃料中，铝粉活性的降低原因主要是由于固态燃料中含有少量空气和水杂质（不超过0.05%），使得铝被空气中的氧和环氧丙烷中的水氧化；该文中还以原始活性铝含量87.0%为基础，分别选择铝粉活性变化10%、20%、30%作为失效判据(即活性铝含量分别为77.0%、67.0%、57.0%)，得出常温下燃料的贮存寿命,依次为7.07年，14.49年，21.54年。可见，即使在密闭的贮存容器中铝粉的氧化也是相当严重。

目前，高能炸药制作普遍采用将高能金属粉体加入到火炸药中，例如铝粉等。不仅金属粉体加工工艺复杂，而且污染严重，存在粉尘爆炸的危险性，甚至有毒性。对于含铝炸药来说，其中的铝粉是化学活性剂，粒径细，比表面积大，易被氧化而失去活性，这对火炸药能量输出相当不利。而且该类粉体在装药中也会使炸药的力学性能变差，感度变高。

从上述分析可见，添加金属粉末有利于提高炸药输出性能，但金属粉末易被氧化，降低活性，这对提高炸药能量是不利的。因此，如何在保证金属活性和不被氧化的前提下实现炸药和金属混合并实现长期存储，就成为通过添加金属物提高炸药性能这一方法急需解决的问题。

CN101544525A《高能薄膜复合型火炸药及其制备方法》中公开了一种通过特殊工艺实现金属薄膜与炸药共存的方法。该方法采用薄膜状高能材料代替金属粉体，虽然部分解决了目前高能金属粉体炸药制作中存在的问题，如改善了炸药稳定性，但其仍然存在密度大、工艺复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种以金属泡沫为基体形成的炸药—包覆型多孔金属泡沫复合炸药，不仅能改善稳定性、安全性，也提高了炸药的爆炸性能、力学性能、长期存储性能，同时还具有制作工艺比较简单的优点。

    本发明的技术方案如下：

本发明的包覆型多孔金属泡沫复合炸药，其组成包括炸药药料和金属，其特征在于，所述金属以泡沫形式存在，其中，泡沫金属的质量占多孔金属泡沫复合炸药总质量的5%—60%，炸药药料占多孔金属泡沫复合炸药总质量的40%—95%；所述泡沫金属为开孔结构，孔隙率为30%~95%，通孔率大于50%，平均孔径大于0.5mm，密度为同体积金属的0.1~0.7倍；所述泡沫金属原料是铝、镍、镁，或者是其它能够制作成为泡沫形态的金属材料；所述炸药药料是单质炸药药料或多种炸药药料的混合药，如梯恩梯TNT、黑索金RDX、奥克托金HMX等，或梯黑炸药TNT/RDX等。

本发明的包覆型多孔金属泡沫复合炸药的制备方法，包括首先根据使用要求选择炸药药料以及泡沫金属，并将泡沫金属加工成所需形状、尺寸的胚件，其特征在于，此后的制备过程是：(1) 将所选择炸药药料混合后加热至其熔点以上，并使其保持熔融状态；(2) 将泡沫金属的胚件完全浸入熔融态炸药药料中，浸泡3-10个小时，以保证熔融态炸药药料充满在泡沫金属的泡沫孔内；(3)将充满炸药药料的泡沫金属取出，自然冷却得成品；(4) 对冷却后的成品称重并计算其组分含量。

上述制备方法中，所述泡沫金属为开孔结构，孔隙率为30%~95%，通孔率大于50%，平均孔径大于0.5mm，密度为同体积金属的0.1~0.7倍；所述泡沫金属原料是铝、镍、镁，或者是其它能够制作成为泡沫形态的金属材料；所述炸药药料可以是单质炸药，如梯恩梯TNT、黑索金RDX、奥克托金HMX等，也可以是多种炸药的混合药，如梯黑炸药TNT/RDX等；所述泡沫金属原料可以是铝、镍、镁，也可以是其它能够制作成为泡沫形态的金属材料。

本发明的包覆型多孔金属泡沫复合炸药，以泡沫金属为基体骨架，将炸药药料包裹于泡沫金属空孔内部，由于泡沫金属具有大孔隙率、比表面积大、孔径大的特点，并且其内部相邻孔互相连通，因此炸药药料能被均匀填充在泡沫金属的各个孔中。所得炸药产品在提高混合火炸药的能量输出的同时，改善了火炸药的安全性、力学性能和长储稳定等性能，具有金属能量利用率高、便于安装运输等优点。

本发明的包覆型多孔金属泡沫复合炸药的制备方法，不仅过程简单，并且制备过程中所涉及到的炸药药料处于熔融态，不会与所选择的金属材料发生化学反应，具有安全、稳定可靠的优点。

下面通过实施例和附图作进一步描述。

附图说明：

    图1是本发明所述的使用TNT为基体制备的泡沫铝复合炸药的照片。

具体实施方式

实施例1

1．原料：TNT 400g；开孔泡沫铝件 10g，密度为0.4g/cm³，通孔率86%，平均孔径1.1mm，孔隙率70%。泡沫铝胚件为长方形，宽5cm，长5cm，厚度1cm；

2．将炸药药料TNT置于金属容器中，放入水浴器加热到80℃～90℃，使其熔化为熔融态；

3．将泡沫铝放入熔融态TNT中，浸泡4小时后，取出，翻面，再置于熔融态TNT中浸泡3.5小时；

4. 浸泡完毕后，将充满熔融态TNT的泡沫铝取出，放至平盘内，待其自然冷却后，取出，刮去泡沫铝边角处多余的固态TNT，即得到包覆型多孔金属泡沫复合炸药（TNT/Al）成品；图1为该成品照片，由图可以看出，炸药药料均匀填充在泡沫铝的开孔内。

5. 称量所得到的TNT/Al复合炸药总质量为36.9g。本实施例中计算得复合炸药中包含TNT 26.9g，占复合炸药总质量的72.9%。

实施例2

1．原料：黑索金RDX 200g，梯恩梯TNT 200g，开孔泡沫铝成品 15g，密度0.3g/cm³，通孔率89%，平均孔径1.3mm，孔隙率84%。泡沫铝胚件为长方形，长宽高分别是：10cm、5cm、1cm；

2. 将黑索今RDX、梯恩梯TNT混合均匀，置于金属容器中，水浴加热至94℃至熔融态。

3. 将泡沫铝放入熔融态TNT/RDX中，浸泡2.5小时后，取出，翻面，再置于熔融态TNT/RDX中浸泡3小时；

4. 浸泡完毕后，将充满熔融态TNT/RDX的泡沫铝取出，置于平盘内，待其自然冷却后，取出，刮去泡沫铝边角处多余的固态炸药，即得到“包覆型”多孔金属泡沫复合炸药（TNT/RDX /Al）；

5. 称量所得到的TNT/RDX/Al复合炸药总质量为69.5g，计算TNT/RDX质量。本实施例中计算得复合炸药中包含TNT/RDX 54.5g，占复合炸药总质量的78.4%。