Ni-Al纳米全金属含能结构材料的冲击烧结机理研究
批准号:
12072037
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
周强
依托单位:
学科分类:
爆炸力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周强
中文摘要
含能结构材料兼具高强度与反应活性,在军事领域有广泛用途。如何在保持反应活性的同时,提高材料的强度和反应释能效率,是一个亟待解决的问题。纳米全金属含能结构材料,兼具纳米金属的优良力学性能和微秒级的反应速率,极具研究价值。项目提出通过爆炸烧结的方法制备Ni-Al纳米金属含能结构材料,开展纳米粉末冲击压缩行为研究,解决裂纹问题;利用分子动力学模拟从微观角度揭示纳米粉末烧结机理;制备出高致密纳米金属含能结构材料并系统表征其显微组织与力学性能。项目研究有助于加深对纳米金属材料结构-性能关系的理解,对含能结构材料的应用和块体纳米金属的制备具有重要的意义。
英文摘要
Energetic structural materials (ESM) are a relatively new group of materials designed to have structural strength and chemical reactivity, having broad application potentials in weaponry. How to improve the strength and reaction efficiency of ESM while sustaining its reactivity is becoming a key issue for its future application. Nanostructured energetic structural material, possessing the excellent mechanical properties of nanostructured metal and extreme rapid reaction rate in microseconds, is of great research value. In this project, the fabrication of nanostructured Ni-Al ESM by explosive consolidation was proposed. The crack problem due to the shock loading is expected to be solved based on the investigation on shock compression of nano-powders. The Molecular dynamics will be carried out to study the consolidation mechanism of nano-powders at micro-scale. The fully dense nanostructured Ni-Al ESM will be fabricated and systematic investigations on its mechanical performance and the microstructure will be conducted. It is believed that this project will lead to an understanding in depth of the relationship between the microstructure and performance for the nanostructured materials. The research in this project is also important for the application of ESM and the fabrication of bulk nanostructured
含能结构材料兼具高强度与反应活性,在军事领域有广泛用途。目前,制备具有细晶结构、高强度、高反应速率的含能结构材料是重要的研究方向。本文围绕 Ni-Al 含能结构材料的冲击烧结制备、力学性能、冲击反应特性和冲击压缩烧结机理进行了系统研究。主要研究工作及成果如下:(1) 利用爆炸烧结技术,在不诱发组份反应的前提下,制备了密度超过 99% 理论密度的 Ni-Al 含能结构材料,采用不同粒径粉末形成了 Ni 连续和 Al 连续两种微观组织结构,在 Ni-Al 界面出没有金属间化合物生成,但存在 8-10nm 宽的 Al 的非晶与晶体混合的过渡层;(2)测量了不同微观结构的 Ni-Al 含能结构材料的准静态、动态力学性能和冲击反应特性,揭示了微观结构对力学性能以及反应活性的影响机理,Ni 连续相具有更好的力学性能、更低的反应阈值和更强的能量释放效率;(3)利用分子动力学模拟从微观角度分析了 Ni-Al 纳米颗粒的致密化行为和烧结机理,揭示了Al 颗粒塑性流动填充孔隙的致密化机理,阐明了 Ni 原子扩散和 Al 相熔化对 Ni-Al 反应的促进作用。
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