陳永進(jìn)，孫曉樂，焦清介，任 慧

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.重慶紅宇精密工業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 402760)

引言

亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物(Metastable Intermolecular Composites，MIC)是一種由燃料和含氧化合物組成的含能材料[1]，具有熱值高、點(diǎn)火引發(fā)能量低、能量釋放速率快等眾多優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用在火工品的微機(jī)電系統(tǒng)中和作為點(diǎn)傳火藥使用，在火炸藥、推進(jìn)劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2-3]。炸藥中添加固相燃料，如鋁粉、氫化物、硼、鋁合金粉等，主要目的是提高總的能量釋放。近年來很多學(xué)者[4]將固相燃料和MIC直接混合于炸藥中，通過壓制或者澆鑄工藝做成藥柱，采用傳統(tǒng)工藝制造的MIC混合炸藥能量釋放低于含鋁炸藥，說明固相燃料和MIC并沒有在體系中充分反應(yīng)[5-8]。分析原因主要是壓制或者澆鑄結(jié)構(gòu)致密，MIC被爆炸作用拋灑到溫度冷場(即距離爆心較遠(yuǎn))，不易被引燃，因此顯示不出MIC的優(yōu)勢。

增材制造(additive manufacturing，AM)又稱3D打印技術(shù)(3D printing technology)[9]，由快速成型技術(shù)(Rapid Prototyping，RP)發(fā)展而來，是以材料逐層“疊加”為核心思想，基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的模型數(shù)據(jù)，將粉末、漿料等材料通過噴射、擠出、光固化、熔融沉積或燒結(jié)等方式逐層堆積粘結(jié)、升維疊加成型，最終制造出實(shí)物的數(shù)字化成型技術(shù)[10]。3D打印技術(shù)具有精密、快速、可控、安全加工的特點(diǎn)，可以打破傳統(tǒng)制造方式的約束，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的精密成型，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航空航天、電子、建筑、醫(yī)學(xué)眾多領(lǐng)域[11-19]。

隨著3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，含能材料增材制造已成為前沿性熱點(diǎn)課題。目前，國內(nèi)外科研人員在含能材料火工藥劑[20-25]、火藥及發(fā)射藥[26-27]、推進(jìn)劑[28-30]、猛炸藥[31-35]、鋁熱劑[36-38]等增材制造領(lǐng)域做了探索性研究，得到不同類型樣品，表明3D打印應(yīng)用火炸藥成型在可行性方面已取得了突破，但有關(guān)3D打印炸藥的效能和威力測試研究較少。

本研究利用亞穩(wěn)態(tài)分子間復(fù)合物(MIC)高熱值、高密度及快反應(yīng)速率的特征，以Al/CuO和Al/PTFE/CuO為研究對(duì)象，通過高能球磨法制備兩種MIC復(fù)合體系，應(yīng)用直寫擠出工藝打印上述兩種MIC復(fù)合體系，得到相應(yīng)的MIC金屬環(huán)，將MIC環(huán)“嵌入”CL-20/HMX基混合炸藥中，完成含高熱效應(yīng)MIC環(huán)的徑向梯度炸藥裝藥快速成型，測試對(duì)比不同結(jié)構(gòu)炸藥藥柱的密度及爆熱值，探究增材制造MIC環(huán)對(duì)于混合裝藥炸藥密度及爆熱的影響，為3D打印技術(shù)在高熱值復(fù)合結(jié)構(gòu)炸藥裝藥中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

鋁粉(Al)，粒徑1～3μm，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氧化銅(CuO)，粒徑30～50nm，分析純，上海麥克林生化科技有限公司；聚四氟乙烯(PTFE)，粒徑5～10μm，工業(yè)級(jí)，山東華氟化工有限責(zé)任公司；乙酸乙酯、正己烷，分析純，北京通廣精細(xì)化工公司；CL-20，工業(yè)級(jí)，遼寧慶陽特種化工有限公司；HMX，工業(yè)級(jí)，甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司。

UItimusV高精度點(diǎn)膠機(jī)，美國Nordson ASYMTEK公司；JX-4G型行星式球磨機(jī)，上海凈信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；AL104電子天平，瑞士Mettler-Toledo儀器公司；AU-120S型密度計(jì)，杭州金邁儀器有限公司；TRHW-7000C型氧彈儀，鶴壁市天潤電子科技有限公司；DZF-6050真空干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；KQ5200DB數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；S-4800掃描電子顯微鏡，日本日立株式會(huì)社；ThermoESCALAB250XiX射線光電子能譜儀，美國賽默飛世爾科技公司；D8AdvanceX射線衍射儀，德國Bruker儀器公司；NETZSCH STA449F5/F3 Jupiter同步熱分析儀，德國耐馳公司；MCR102流變儀，奧地利Antonpaar公司。

1.2 徑向梯度炸藥裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及MIC環(huán)體系復(fù)合粒子制備

為了提高炸藥裝藥的熱值及能量密度，采用3D打印技術(shù)對(duì)含高熱效應(yīng)MIC環(huán)進(jìn)行增材制造，并將其引入炸藥中，得到雙層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)的徑向梯度炸藥裝藥，設(shè)計(jì)的含高熱效應(yīng)MIC環(huán)徑向梯度炸藥裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中圖1(a)內(nèi)芯為尺寸30mm×40mm圓柱形，外層為內(nèi)徑30mm、外徑40mm、壁厚5mm、高40mm的圓環(huán)；圖1(b)內(nèi)芯為尺寸30mm×40mm圓柱體，次內(nèi)層為內(nèi)徑30mm、外徑40mm、壁厚5mm、高40mm的圓環(huán)，外層為內(nèi)徑40mm、外徑60mm、壁厚10mm、高40mm的圓環(huán)。

圖1 含高熱效應(yīng)MIC環(huán)的徑向梯度炸藥裝藥結(jié)構(gòu)

對(duì)于鋁熱反應(yīng)來說，通常將還原劑/氧化劑組分的燃氧當(dāng)量比定義為式(1)[39]：

(1)

在空氣常壓條件下，在氧彈量熱儀中對(duì)不同Φ值(0.5～4)的樣品進(jìn)行測試，測試樣品質(zhì)量為200mg，當(dāng)燃氧當(dāng)量比Φ=3時(shí)，Al/CuO體系在空氣氣氛下燃燒時(shí)的放熱量較高為5133J/g，此時(shí)Al與CuO質(zhì)量比為40.41∶59.59，同時(shí)，當(dāng)該體系添加部分PTFE時(shí)，即Al/PTFE/CuO質(zhì)量比為40.41∶29.59∶30，體系燃燒產(chǎn)熱量會(huì)有大幅提升，為6857J/g，因此，本研究借助機(jī)械化學(xué)輔助，對(duì)表1中的配方的復(fù)合粒子在星型球磨機(jī)中進(jìn)行高能球磨，制備Al/CuO和Al/PTFE/CuO復(fù)合粒子。

表1 MIC復(fù)合體系配方組成及比例

將Al、PTFE以及CuO按表1中的配方比例混合后，置于高轉(zhuǎn)速高能球磨機(jī)中進(jìn)行球磨。采用5、8、10、12、15mm的瑪瑙球作為球磨介質(zhì)，5種球質(zhì)量比為1∶11∶25∶50∶100；球料比(磨球與原料的質(zhì)量比)為20∶1。在球磨之前加入正己烷作為冷卻劑和過程控制劑，以防止粉體的聚集和結(jié)塊，其中正己烷的體積(mL)與金屬粉質(zhì)量(g)的比為0.8∶1。球磨時(shí)間為4h，每間隔30min球磨機(jī)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行一次互換循環(huán)(順逆時(shí)針)，轉(zhuǎn)速為600r/min。球磨結(jié)束后，繼續(xù)冷卻10min，打開球磨機(jī)蓋，將磨好的金屬復(fù)合粉迅速倒出，金屬粉與球過篩分離，將金屬復(fù)合粉放入真空干燥箱中進(jìn)行干燥處理60min后，密封，放入干燥器中保存待用。

1.3 含能漿料的配制及徑向梯度炸藥成型工藝

選擇以端羥基聚丁二烯(HTPB)為黏結(jié)劑，溶劑選擇乙酸乙酯，配制固含量分別為92%和90%的MIC和炸藥打印油墨，組成配比分別為：MIC漿料，MIC金屬粉與HTPB質(zhì)量比為92∶8；炸藥漿料，CL-20/HMX/HTPB/PLA質(zhì)量比為62∶28∶9∶1。以配制10g固含量為92%的Al/CuO/HTPB料漿為例，制備過程如下：稱取(5.00±0.01)g乙酸乙酯于燒杯中，加入(0.80±0.01)g的HTPB，將燒杯置于超聲攪拌器中攪拌30min；攪拌均勻后加入(9.20±0.01)g Al/CuO混合粉末，再超聲攪拌2h使混合物均勻分布，得到MIC漿料，放在真空烘箱中抽真空2h后，排進(jìn)漿料中的空氣，密封待用。炸藥漿料的配制過程同上。同時(shí)利用流變儀對(duì)MIC漿料和炸藥漿料的黏度進(jìn)行了測試，如圖2所示。從圖2可知，隨著料漿應(yīng)變程度的增大，料漿的黏度不斷減小，即對(duì)料漿施加應(yīng)力后其黏度會(huì)有所降低，及存在剪切變稀行為。

圖2 CL-20/HMX/HTPB、Al/CuO/HTPB及Al/PTFE/CuO/HTPB漿料的應(yīng)變—黏度曲線

MIC金屬環(huán)及含MIC環(huán)的徑向梯度炸藥通過直寫擠出系統(tǒng)(圖3)進(jìn)行打印成型。圖3中的直寫擠出系統(tǒng)主要分為程序控制系統(tǒng)、點(diǎn)膠控制系統(tǒng)，移動(dòng)平臺(tái)，微乳液擠出端(針筒)、3D打印平臺(tái)、供氣系統(tǒng)幾個(gè)部分。具體打印過程為：首先，將預(yù)打印炸藥漿料裝填至針筒中，并且通過按壓針筒頂部的活塞來排空套管中空余位置的空氣。按照成型樣品模型路徑進(jìn)行預(yù)測，并且將相應(yīng)的指令編程語言輸入到系統(tǒng)中，移動(dòng)系統(tǒng)接收指令并控制噴嘴在打印平臺(tái)上移動(dòng)，供氣系統(tǒng)作為壓力源，針筒中的漿料在供氣系統(tǒng)壓力的趨勢下被擠出，針筒按照既定的軌跡運(yùn)動(dòng)，逐層疊加，最終樣品打印成型。

圖3 直寫擠出系統(tǒng)組成及原理圖

通過上述3D打印技術(shù)，對(duì)高能球磨制備的Al/CuO和Al/PTFE/CuO復(fù)合粒子進(jìn)行增材制造，成型的MIC體系金屬環(huán)分別如圖4(a)和(b)所示。

圖4 Al/CuO、Al/PTFE/CuO的MIC金屬環(huán)樣品

按照?qǐng)D1中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用3D打印技術(shù)對(duì)含兩種配方高熱效應(yīng)MIC環(huán)的徑向梯度炸藥進(jìn)行快速成型，打印前期及后期分別如圖5(a)和(b)所示，成型固化后，得到含Al/CuO和Al/PTFE/CuO高熱效應(yīng)MIC環(huán)的雙/三層結(jié)構(gòu)的徑向梯度炸藥分別如圖6(a)、(b)所示。其中純炸藥為CL-20/HMX/HTPB/PLA混合物。

圖5 含MIC環(huán)徑向梯度炸藥的快速成型過程

圖6 含不同配方MIC環(huán)的徑向梯度炸藥裝藥藥柱

1.4 測試方法

恒容燃燒產(chǎn)氣性能測試(p—t曲線)：空氣氣氛下，在恒定體積的燃燒室中點(diǎn)燃Al/CuO和Al/PTFE/CuO復(fù)合粒子后，復(fù)合粒子以一定的增壓速率迅速產(chǎn)生峰值壓力，測試樣品質(zhì)量為0.2g。燃燒罐罐體體積為330mL，罐體外接正負(fù)極點(diǎn)火絲，連接至罐體內(nèi)的鎳鉻合金絲，合金絲埋在(0.2 ± 0.001)g的樣品內(nèi)，罐體上方裝有壓力傳感器(ZQ-Y3型，量程5MPa)采集反應(yīng)時(shí)的壓力變化情況。測試環(huán)境為常壓空氣氛圍。p—t曲線的最大壓力和上升時(shí)間可在p—t曲線上讀出，增壓速率通過壓力—時(shí)間上升曲線的斜率(從峰值壓力的10%到峰值壓力的90%)來確定[40]。

密度測試：參照國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB772A-97炸藥試驗(yàn)方法中的401.2節(jié)液體靜力稱量法，對(duì)成型的MIC環(huán)及成型藥柱的密度進(jìn)行測量，每個(gè)樣品測試5次，取平均值。根據(jù)已知質(zhì)量的試樣所排開始專用浸液的體積，以求出試樣的密度。根據(jù)公式(2)計(jì)算得到試樣的密度ρ0，其中蒸餾水的密度取1g/cm3。

(2)

式中：ρ為室溫下試樣在空氣中的密度，g/cm3；m1為試樣在空氣中稱量時(shí)的質(zhì)量，g；m2為試樣在蒸餾水中稱量時(shí)的質(zhì)量，g；ρ0為室溫時(shí)蒸餾水的密度，1g/cm3。

爆熱測試：根據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 772A-97《炸藥試驗(yàn)方法》中的方法701.1 爆熱絕熱法，在室溫條件下，通過爆熱彈對(duì)純CL-20/HMX、含Al/CuO和Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱進(jìn)行爆熱測試，爆熱彈內(nèi)測試條件為氧氣O2(常壓(0.101MPa))，每個(gè)樣品測兩組。具體測試過程如下：首先，將待測試樣置于爆熱彈中，將傳爆藥和雷管置于其上部，其中傳爆藥柱為鈍化黑索今藥柱，雷管為8號(hào)銅殼電雷管，蓋好爆熱彈蓋子，內(nèi)外筒注入蒸餾水，沖入0.101MPa的O2，點(diǎn)火測量，采集并計(jì)算爆熱數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 MIC體系復(fù)合粒子的微觀結(jié)構(gòu)

通過SEM分別對(duì)機(jī)械球磨法制備的Al/CuO、Al/PTFE/CuO的MIC體系進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察分析，其中原料Al、CuO、PTFE的微觀結(jié)構(gòu)分別如圖8(a)、(b)、(c)所示，Al/CuO、Al/PTFE/CuO的MIC體系的微觀形貌分別如圖7(e)、(f)所示。

由圖7可知，原料Al粉的微觀結(jié)構(gòu)為均勻且光滑的銀白色球形粒子，粒徑約為1～3μm；原料CuO顆粒為絮狀類球形，表面光滑，平均粒徑為30～50nm；原料PTFE的微觀結(jié)構(gòu)為扁平橢圓狀，部分粒子之間存在絮絲狀連接，平均粒徑5～10μm。

圖7 原料Al、Ti、CuO及球磨的Al/CuO及Al/PTFE/CuO的SEM圖

由圖7(d)可以發(fā)現(xiàn)，高能球磨法制備的Al/CuO復(fù)合粒子為表面粗糙的球形粒子，各個(gè)粒子之間分布較為均勻，未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。在高能機(jī)械力的作用下，粒徑較小的納米CuO粒子均勻地“包覆”或“鑲嵌”在粒徑較大的Al球表層或淺表層，形成一個(gè)表面粗糙的“楊梅”狀球形粒子；由圖8(e)可知，在Al/PTFE/CuO體系中，CuO粒子包裹在Al粒子表面，使鋁粉表面變得粗糙，同時(shí)PTFE粒子在機(jī)械化學(xué)力的作用下，由原來的扁平橢圓狀變?yōu)閹罨蚪z狀，分布在整個(gè)體系中?？梢姡吣芮蚰シㄖ苽涞腗IC復(fù)合粒子極大地增加了Al、CuO及PTFE各個(gè)粒子之間的接觸面積，這會(huì)增加復(fù)合粒子之間的反應(yīng)程度。

為了進(jìn)一步研究Al/CuO及Al/PTFE/CuO MIC體系中各個(gè)粒子的分布情況，對(duì)兩種復(fù)合粒子進(jìn)行了EDS分析，EDS能譜分析圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 Al/CuO體系中各元素的SEM-EDS圖

圖9 Al/PTFE/CuO體系中各元素的SEM-EDS圖

圖8和圖9結(jié)果顯示，Al/CuO和Al/PTFE/CuO復(fù)合粒子各組分混合較為均勻，圖9(b)～(d)中Al、Cu、O幾種元素分布較為均勻，說明Al、CuO兩種粒子在整個(gè)Al/CuO體系中均勻分布，未出現(xiàn)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，進(jìn)一步證明了Al/CuO樣品混合的均勻性。同理，由圖9(b)～(f)可知，Al、Cu、O、C及F元素幾種元素分布較為均勻，說明Al、PTFE、CuO在整個(gè)體系中均勻分布。

2.2 MIC體系復(fù)合粒子的熱分解行為分析

在空氣氣氛下，對(duì)Al/CuO、Al/PTFE以及Al/PTFE/CuO體系進(jìn)行DSC測試，升溫速率為10K/min，樣品質(zhì)量為3mg，測試結(jié)果如圖10所示。

由圖10可知，Al/CuO在加熱過程中整體表現(xiàn)出放熱趨勢，并且存在兩個(gè)放熱階段。第一個(gè)放熱峰的峰值溫度為576.3℃，遠(yuǎn)比Al的熔化溫度660℃低，說明反應(yīng)在Al熔化前已經(jīng)開始，可見，微米Al和包覆在其表面的納米CuO發(fā)生的是固-固相反應(yīng)，這可以大大減小材料的發(fā)火能量。在660.1℃出現(xiàn)的吸熱峰由微米Al粉熔化引起，說明前一步鋁熱反應(yīng)并不徹底，仍有少量鋁粉未發(fā)生反應(yīng)。937.4℃為第二個(gè)放熱階段的放熱峰峰值，該階段為熔化的微米Al與CuO發(fā)生液-固相反應(yīng)放熱，反應(yīng)放出大量熱量。Al/PTFE在516～564.5℃范圍內(nèi)出現(xiàn)第一個(gè)放熱階段，該階段主要發(fā)生PTFE的分解以及與Al發(fā)生反應(yīng)，651℃融化；878.5℃為第二個(gè)放熱階段的放熱峰峰值，該階段主要為PTFE與Al液態(tài)鋁發(fā)生反應(yīng)放熱以及Al被空氣氧化的過程。

同理，由圖10可知，Al/PTFE/CuO在加熱過程中整體表現(xiàn)出放熱趨勢，并存在4個(gè)放熱階段。第一個(gè)放熱峰峰值溫度為514℃，該放熱過程主要為部分Al和PTFE發(fā)生反應(yīng)造成，Al被氧化為AlF3，在590.4℃和636.1℃出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)的放熱峰值，該階段為Al與CuO發(fā)生固-固相氧化還原反應(yīng)放熱引起的，接著出現(xiàn)的小吸熱峰由微米Al粉熔化引起，說明前一步鋁熱反應(yīng)并不徹底，仍有極少量鋁粉未發(fā)生反應(yīng)，在818℃出現(xiàn)一個(gè)大的放熱峰，為熔化的微米Al與CuO發(fā)生液-固相反應(yīng)放熱引起?？梢?，PTFE的加入使Al/CuO的各個(gè)反應(yīng)階段均發(fā)生了提前，原因如下：加入的PTFE與鋁粉先進(jìn)行部分反應(yīng)，反應(yīng)會(huì)消耗部分鋁粉表面的氧化鋁層使其轉(zhuǎn)化為AIF3，同時(shí)產(chǎn)生CO2，由于AlF3密度為1.91g/cm3，遠(yuǎn)低于Al2O3的密度(3.66g/cm3)，因此與Al2O3相比，AIF3在反應(yīng)過程中更容易在鋁粉表面破裂、剝離，這會(huì)使大量的活性鋁與氧化銅及空氣接觸，迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，提高了反應(yīng)速率，使各個(gè)反應(yīng)階段發(fā)生提前。

2.3 MIC體系復(fù)合金屬粒子的燃燒產(chǎn)氣性能

恒容燃燒測試被用于評(píng)估含能材料燃燒的氣體壓力輸出。壓力—時(shí)間曲線中峰值壓力(pmax)與含能材料燃燒過程中的產(chǎn)氣量有關(guān)。其中，圖11(a)、(b)分別顯示了Al/CuO和Al/PTFE/CuO單次實(shí)驗(yàn)的壓力演變過程，

圖11 Al/CuO、Al/PTFE/CuO的燃燒氣體壓力與時(shí)間的關(guān)系

由圖11知，顯然，Al/CuO的燃燒具有較高的峰值壓力(pmax)和增壓速率v，其分別為243.81kPa和18465.63kPa/ms，均高于Al/PTFE/CuO的峰值壓力(142.09kPa)和增壓速率(6672.22kPa)。

6.利用多種德育載體，拓寬德育教育渠道。一是加強(qiáng)德育網(wǎng)站建設(shè)，創(chuàng)建和豐富學(xué)校德育網(wǎng)站，利用網(wǎng)站對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育教育和網(wǎng)絡(luò)道德教育。二是樹立榜樣和典型，發(fā)揮模范作用。三是加強(qiáng)社團(tuán)建設(shè)，豐富學(xué)生校園文化生活，拓寬德育教育渠道。

2.4 MIC體系金屬環(huán)的密度及尺寸精度

按照1.4中的方法測得Al/CuO及Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的密度分別為(2.71±0.01)g/cm3和(2.67±0.01)g/cm3。

應(yīng)于電子游標(biāo)卡尺分別對(duì)Al/CuO及Al/PTFE/CuO MIC金屬環(huán)的外徑、內(nèi)徑、壁厚以及高度，測試結(jié)果分別如圖12(a)和(b)所示。

由圖12可知，3D打印成型的Al/CuO和Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的內(nèi)徑、外徑、壁厚、高度等部位和理論值相差不大，總體精度較高。其中，MIC環(huán)外徑尺寸誤差最小，為0.05%，壁厚的尺寸誤差最大，為6.4%。

圖12 Al/CuO和Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的尺寸

2.5 MIC體系金屬環(huán)表面及截面的微觀結(jié)構(gòu)

對(duì)MIC環(huán)的表面及截面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，得到Al/CuO和Al/PTFE/CuO體系MIC環(huán)表面及截面的SEM圖分別如圖13(a)和(b)所示。

圖13 Al/CuO和Al/PTFE/CuO金屬環(huán)表面及截面的SEM圖

由圖13可知，Al/CuO和 Al/PTFE/CuO體系MIC金屬環(huán)中各個(gè)粒子分布均勻，緊密堆積形成三維結(jié)構(gòu)，并且表面和截面均無裂痕、孔洞、縮松等明顯缺陷，圖13(a)中MIC環(huán)的表面均較為平整、密實(shí)，另外，圖13(b)可知，由于PTFE的加入，在 Al/PTFE/CuO體系MIC環(huán)中，Al和CuO粒子鑲嵌在延展性較好的PTFE中，相比于Al/CuO金屬環(huán)結(jié)構(gòu)更為密實(shí)。

2.6 含高熱效應(yīng)MIC環(huán)徑向梯度炸藥的密度及爆熱測試

由表3可知，純CL-20/HMX藥柱密度為1.750g/cm3、含Al/CuO的MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱密度為2.18g/cm3，含Al/PTFE/CuO的MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱密度為2.16g/cm3，相比于純CL-20/HMX藥柱密度分別提高了24.8%和23.7%。在氧氣常壓條件下，純CL-20/HMX藥柱的爆熱均值為8053kJ/kg，含Al/CuO的MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱爆熱值為8373kJ/kg，含Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱的爆熱為8940kJ/kg，相比純CL-20/HMX藥柱的爆熱值分別提高了3.97%和11.01%。由此可見，將MIC體系金屬環(huán)“嵌入”到混合炸藥中，制成徑向梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)炸藥裝藥，可提升混合炸藥裝藥的能量密度，同時(shí)，對(duì)于炸藥爆熱的提升具有積極作用。

表3 不同組成結(jié)構(gòu)炸藥裝藥密度及爆熱值

3 結(jié) 論

(1)應(yīng)用高能機(jī)械球磨法制備了Al/CuO和Al/PTFE/CuO兩種MIC復(fù)合體系，并且MIC體系中各個(gè)粒子分布均勻，未出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，并且兩種MIC體系均表現(xiàn)出較強(qiáng)的反應(yīng)放熱行為、較高的燃燒產(chǎn)氣行為。

(2)應(yīng)用3D打印技術(shù)對(duì)制備的Al/CuO、Al/PTFE/CuO兩種MIC復(fù)合粒子進(jìn)行了增材制造，得到了兩種MIC體系金屬環(huán)，成型MIC結(jié)構(gòu)完整性較好，各個(gè)粒子之間分布均勻，堆積密實(shí)，且兩種MIC環(huán)密度較大，分別為2.71g/cm3和2.67g/cm3。

(3)對(duì)含高熱效應(yīng)MIC環(huán)的炸藥裝藥進(jìn)行了快速成型，分別得到了含Al/CuO和Al/PTFE/CuO體系MIC環(huán)的雙層和三層結(jié)構(gòu)的炸藥，相比于純CL-20/HMX基炸藥藥柱，含Al/CuO和Al/PTFE/CuO MIC環(huán)的雙重結(jié)構(gòu)炸藥裝藥藥柱的密度分別提高了24.8%和23.7%，爆熱分別提高了3.97%和11.01%。