Page 64 - 《含能材料》优秀论文（2019年）

692 张云峰，刘国庆，李晨，施冬梅，张玉令，甄建伟

文章编号：1006‑9941（2019）08‑0692‑06

新型亚稳态合金材料冲击释能特性

张云峰，刘国庆，李 晨，施冬梅，张玉令，甄建伟

（陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050000）

摘 要： 为研究新型 ZrNiAlCuAg 亚稳态合金材料的冲击释能特性，采用准密封箱试验系统对含能破片进行了冲击超压试验，研究
了材料在不同冲击速度下的超压时程曲线变化规律、超压峰值和超压峰值增长率。对比了新型 ZrNiAlCuAg 亚稳态合金材料与多
种多功能含能结构材料的单位质量能量密度和单位体积能量密度。结果表明材料超压时程曲线呈先急速上升后缓慢下降的特点，
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其超压峰值、超压峰值增长率均与冲击速度正相关；当冲击速度大于 1400 m·s 时，其反应效率接近 40%。低速冲击时，材料的能
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量 密 度 与 其 它 含 能 破 片 相 近 ，冲 击 速 度 达 到 1100 m·s 时 ，其 能 量 密 度 快 速 上 升 ，并 超 越 其 它 种 类 含 能 破 片 ，当 冲 击 速 度 为
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1485 m·s 时，新型 ZrNiAlCuAg 亚稳态合金材料的单位质量能量密度达 到 3.83 kJ·g ，单位体积能量密度达到 0.026 kJ·mm 。
关键词：多功能含能结构材料；亚稳态合金；冲击诱发化学反应；释能特性；能量密度
中图分类号：TJ410 文献标志码：A DOI：10.11943/CJEM2018170

试 ［11］ 等 高 速 撞 击 实 验 为 最 常 用 的 研 究 手 段 。 Thad‑
1 引 言 hani 等 ［14-18］ 通过理论分析、细观仿真、实验研究等方
法，系统地研究了 Ni/Al 系、Ni/Ti 系等颗粒混合 MESM
多功能含能结构材料（MESM）是综合利用化学能
在一维正冲击波下的压力响应、状态方程、相变规律等
和 动 能 以 提 高 战 斗 部 毁 伤 效 能 的 新 型 功 能 材 料 ［1］ 。
物理化学特性。基于一维应变假设的平板冲击可以方
MESM 受到外界冲击后会诱发化学反应，并释放内能，
便地测得材料的高压响应、状态方程等规律，冲击超压
［2］
其反应产物为凝聚态，属于热爆轰 。因此，MESM 在
测 试 则 可 以 直 接 获 得 材 料 的 冲 击 释 能 特 性 。 Ji ［19］ 、
聚能射流 、含能破片 、含能侵彻体 ［5］ 等军事应用领
［4］
［3］
Cai ［20］ 、Wang ［21］ 等研究了轧制 Al/Ni 复合材料、高聚物
域具有较大的潜力。常见的 MESM 种类主要包括铝
粘结反应材料的冲击诱发化学反应（SICR）过程、特性
热剂、金属间化合物、金属-高聚物混合物、亚稳态分 ［11］
及准密闭箱气体泄漏规律；Xiong 等 研究了不同冲
子间复合物等 ［6-7］ ，通过改变各组分及配比 ［8］ 、材料制 击速度下，添加物对 Al/Ni 系复合材料超压峰值、超压
［9］
备方法 、颗粒度 ［10］ 、混入添加物 ［11］ 等方式，可以调节 持 续 时 间 、超 压 增 长 率 的 影 响 ；Wang 等 ［22］ 研 究 了
材料的感度、强度、密度、能量密度、反应速度等材料性 ZrCuNiAl 非 晶 合 金 的 SICR 特 性 。 目 前 ，对 于 传 统
质。亚稳态合金是新一代 MESM，其既具有高强度、高 MESM 的冲击释能特性研究较为充分，但针对亚稳态
硬度的优异力学性能 ［6-7］ ，又具有冲击释能特性，是极 合金材料的冲击释能特性的相关研究较少。
具潜力的含能预制破片材料。 本研究测试了不同冲击速度下，新型 ZrNiAlCuAg
MESM 通常作用于冲击高压状态，可忽略强度作 亚稳态合金材料破片的超压时程曲线和 SICR 过程及
用 而 将 材 料 视 为 流 体 ，平 板 冲 击 ［12-13］ 、冲 击 超 压 测 规律，为该亚稳态合金材料释能特性的进一步研究和
应用提供理论和实验依据。
收稿日期：2018⁃08⁃27；修回日期：2019‑02⁃18
网络出版日期：2019‑03‑05 2 实验部分
作 者 简 介 ：张 云 峰（1990-），男 ，博 士 生 ，主 要 从 事 非 晶 含 能 结 构 材
料研究。e‑mail：1193954881@qq.com
实 验 材 料 为 新 型 ZrNiAlCuAg 亚 稳 态 合 金 材 料
通 信 联 系 人 ：刘 国 庆（1975-），男 ，教 授 ，主 要 从 事 兵 器 科 学 与 技 术
研究。e‑mail：13081106809@163.com （简写为亚稳态合金），含有 Zr、Ni 和 Al 等多种活性元
引 用 本 文 ：张 云 峰 ,刘 国 庆 ,李 晨 ,等 . 新 型 亚 稳 态 合 金 材 料 冲 击 释 能 特 性 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(8):692-697.
ZHANG Yun‑feng, LIU Guo‑qing, LI Chen,et al. Shock Energy Release Characteristics of Novel Metastable Alloy Materials[J]. Chinese Journal of Energetic
Materials（Hanneng Cailiao）,2019,27(8):692-697.
Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.8, 2019（692-697） 含能材料 www.energetic-materials.org.cn