随着“绿色炸药”这一概念的出现以及武装弹药战斗部对于损伤威力的进一步需求,对于新型含能材料的研究越来越广泛,因此具有高能高热的反应性材料出现在了广大相关研究人员的报道中。反应性材料作为一种新型含能材料,是由两种或者多种组分结合而成的复合材料,一般情况下比较钝感,在正常温度下复合材料内部的组分之间不会发生反应。但是当受到的外界冲击作用大于其反应阈值的时候,反应性材料组分之间就能够快速发生反应,并释放出大量的热量,产生显著的后效作用,从而对目标产生毁伤作用。
对含能材料来说,传统的成型方式主要有压铸法、压伸法和浇铸法三种。压铸法是通过水/油压机提供的一定压力,将一定质量的药料压制在模具中,一般情况下多用于中、小型药柱的成型制造。压伸法是将整个压制过程分为两步,首先在高温高压的环境下,使用压延机将原材料制作成半成品;然后进行二次压制,在压伸机和模具的压延成型下加工成不同尺寸与形状的成品。浇铸法是采用模具浇注的方式制备含能材料药柱,使用的含能材料颗粒直接影响了浇铸药柱的质量,所以对含能材料颗粒的几何形状与质量要求比较高。
传统的成型技术在对含能材料进行成型制造的时候,都会对其产生一定的冲击力,存在着一定的安全隐患。另外随着科学技术的发展,火工系统都在向着微型化、集成化、智能化的方向发展,传统的装药成型技术由于安全隐患的存在已经不能完美适应高能量、高感度的火工药剂的装药成型工作要求,因此对于装药技术的改革工作迫在眉睫。
3D打印技术包含了数字化设计、制造、管理和集成,可以实现设计、制造、成型一体化完成,能够有效缩短产品的研制时间,节约研发成本。基于以上特点,3D打印技术是一种非常适合于含能材料领域成型制造的技术,能够有效提升产品的精密度,实现传统装药技难以实现的复杂结构等。
近年来,将3D打印技术应用到含能材料领域的相关研究已经在国内外大量开展,主要包括3D打印的技术参数、含能材料油墨配制两个方面。通过对含能材料自身的性能表现与经过3D打印之后的性能表现之间的对比,体现出3D打印技术在含能材料制造方面的优势,能够实现无模具化成型,解决传统成型工艺对于复杂结构、异形药柱等适应性差的缺陷,能够适应多种含能材料药型。此外,结合反应性材料自身的优势与3D打印技术的高效率等优点,3D打印反应性材料将为多层、异形、微型药柱等的制造提供全新的模式和途径,从而更好地应用到国防工业建设和全民经济建设当中。
反应性材料(“Reactive Materials”)通常是指由两种或多种非炸药类固体物质(燃料与氧化剂)所组成的亚稳态复合材料,具有密度较大、活性较高、感度低的特点。在机械冲击力高于其反应阈值的时候,可以被引发发生剧烈的化学反应(氧化还原反应)而释放出巨大能量,其中主要以热能为主;对于部分反应性材料来说,冲击力也是一种作用方式。经过多年研究,金属间化合物、铝热剂、亚稳态分子间复合物、金属与聚合物的混合材料、金属氢化物等可以被归纳为反应性材料。