活性材料冲击释能行为研究进展*
2021-03-22汪德武任柯融江增荣赵宏伟郭宝月
汪德武,任柯融,江增荣,赵宏伟,陈 荣,郭宝月
(1.中国人民解放军96901部队,北京100094;2.空军工程大学航空机务士官学校,河南 信阳464001;3.国防科技大学文理学院,湖南 长沙410007)
活性材料(reactive materials,RMs),又称含能结构材料(energetic structural materials,ESMs)[1],具有2方面特性:在常见条件下,其化学反应呈钝性,并具有一定的力学强度,可用作结构件;在冲击载荷作用下,可诱发组分间或者组分与环境间的化学反应,产生燃烧甚至发生爆炸,同时释放出大量的能量[2]。
传统活性材料的种类很多,一般通过粉末冶金成型工艺(如模压成型、注射成型、爆炸粉末烧结等)[3]或冷轧工艺[4]制备而成。根据活性材料的成分划分不同类型,常见的有金属/金属氧化物型(如Al/Fe2O3)[5-6]、金属/卤族聚合物型(如Al/PTFE)[7-8]和金属/金属型(如Al/Ni、W/Zr)[9-13]。
活性材料在军事领域有着广泛的潜在应用。首先,在破片战斗部领域,活性材料可以用于取代传统破片战斗部中的惰性破片形成活性破片,活性破片在侵彻、撞击目标时可以释放出大量的化学能,从而提高破片的毁伤效果。2004年,美国海军研究署(Officeof Naval Research,ONR)进行的活性破片缩比战斗部演示实验(如图1所示)[14]显示:由活性材料制造的活性破片战斗部比传统惰性破片战斗部的毁伤半径提升约200%,对航空煤油、航空电子设备等目标进行打击时的毁伤威力提升近500%。活性破片既具有传统惰性破片的“动能侵彻”能力,又具有与目标作用时“释放化学能”的能力,从而实现对目标的二次毁伤,尤其可以实现对目标内部的易燃易爆物品、电子设备以及人员等弱防护目标的高效毁伤。……
