Page 67 - 《含能材料》优秀论文（2019年）
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新 型 亚 稳 态 合 金 材 料 冲 击 释 能 特 性                                                                     695

                                                                        -1
            最大的反应产物，剩余的 Al 与 O 反应，利用类似原理，                       750 m·s ），小 于 Al/Ni/Cu、Al/Ni、ZrCuNiAl 合 金 材
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                                                          -1
            经计算，该亚稳态合金材料的反应焓为 8565.4 J·g 。                      料，而 W/Zr、颗粒 W/ZrCuNiAl 材料没有明显的急速
            根据表 1 中实验结果及式（1）~（7），可计算冲击压力、                       上升段，表明新型亚稳态合金材料更适用于高速冲击
            能量及反应效率等，结果如表 2 所示。可以看到，在                           状态；新型亚稳态合金材料的反应效率表现出两种特
                         -1
                                                                                                    -1
            500~1500 m·s ，撞击速度增加导致了材料冲击压力                       征的速度相关性：低速（600~1100 m·s ）时，反应效
                                                                                                     -1
            增大，进而诱发了不同程度的化学反应，材料的反应效                            率随速度的缓慢增加，高速（＞1100 m·s ）时，反应效
            率与撞击速度、冲击压力正相关，最大冲击释能反应效                            率随速度的急剧增加。这也表明，新型 ZrNiAlCuAg
            率达到 42.13%。                                         亚 稳 态 合 金 材 料 破 片 适 用 于 交 汇 速 度 高 的 工 况 ，例
                通常，含氧化剂的 MESM 如 Al/Ni 系材料反应效                    如 作 为 防 空 反 导 破 片 使 用 时 ，其 毁 伤 效 应 将 更 为
            率较高，而需与空气混合反应的负氧平衡类 MESM 反                          显著。
            应效率较低，新型 ZrNiAlCuAg 亚稳态合金材料属于
            负氧平衡类 MESM，因此中低速撞击条件下，其反应效
            率小于 50%。
            表 2  冲击诱发释能实验数据的计算结果
            Table 2  Calculated results of shock induced energy release
            experiment data
                  v     p     ΔQ                      R
            Shots                   E K   E C   E T
                  /m·s -1  /GPa  /kJ  /kJ  /kJ  /kJ   /%
            1#     552  10.24  1.67  0.10  1.57  29.38  5.34
                                                                图 6  多种 MESM 的单位质量能量密度
            2#     723  14.04  2.90  0.18  2.73  29.12  9.36
                                                                Fig.6  The specific energy per unit mass of various MESM
            3#     834  16.66  3.70  0.24  3.46  29.29  11.81
            4#    1105  23.52  5.10  0.43  4.78  29.89  15.65       由于含能破片载体空间受限，追求高密度以提高
            5#    1152  24.78  6.07  0.45  5.62  29.29  19.18   毁伤能力是含能破片发展方向之一，一定程度上，单位
            6#    1242  27.24  9.24  0.52  8.72  28.78  30.30   体积能量密度较单位质量体能更具有实际意义。图 7
            7#    1406  31.92  10.91  0.67  10.24  29.21  35.05  为多种 MESM 的单位体积能量密度曲线，由于 Zr/W
            8#    1485  34.26  13.29  0.77  12.52  29.72  42.13
                                                                系 MESM 密度较高，虽然 Al/Ni 系 MESM 单位质量能
            Note： 1）ΔQ is the energy deposition of the chamber. 2）E K is the kinetic en‑
                 ergy part of ΔQ. 3）E C is the chemical energy part of ΔQ. E T is theoreti‑  量密度大于 MESM 与 Zr/W 系 MESM，但两者单位体积
                 cal chemical energy. R is reaction efficiency.  能量密度相差不大。低冲击速度时，亚稳态合金的单
                                                                位 体 积 能 量 密 度 与 其 它 MESM 相 近 ，当 速 度 大 于
            3.4  多种 MESM 能量密度对比研究                               1200 m·s 时，该亚稳态合金单位体积能量密度超越
                                                                         -1
                特定冲击速度下的能量密度是评价 MESM 毁伤                         其它材料并继续可上升，在 1485 m·s 冲击速度下，
                                                                                                   -1
            能力的重要参考指标，主要包括单位体积能量密度和                             其单位体积能量密度为 0.026 kJ·mm ，表明材料具有
                                                                                                  3
            单位质量能量密度，根据上述指标，对比研究亚稳态合                            良好的冲击释能特性。
            金及其它多种 MESM 破片的冲击释能特性。
                图 6 为多种 MESM 破片的单位质量能量密度-速
                                    -1
            度曲线，在 600~1400 m·s 速度范围内，新型亚稳态
            合金材料的单位质量能量密度低于 Al/Ni/PTFE 材料，
                                            -1
            高于其它 MESM 材料，在 1450 m·s 左右，新型亚稳
            态合金材料的单位质量能量密度超越 Al/Ni/PTFE 材
                              -1
            料 ，当 v=1485 m·s 时 ，其 单 位 质 量 能 量 密 度 为
                    -1
            3.83 kJ·g ，表明其具有较大的单位质量能量密度；亚
            稳态合金单位质量能量密度的急速上升段起点大约为                             图 7  多种 MESM 的单位体积能量密度
            1100 m·s -1  左 右 ，明 显 大 于 Al/Ni/PTFE 材 料（ 约         Fig.7  The specific energy per unit volume of various MESM


            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料                2019 年  第 27 卷  第 8 期 （692-697）
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