多孔W/Zr基非晶合金活性材料的释能机理研究

The porous W/Zr-based metallic glass reactive material (Wp/BMGC) exhibits high reactive, due to that the energy release is derived from the chemical reaction between the atoms rather than the reaction between the particles in the traditional reactive material. Moreover, the Wp/BMGC also exhibits excellent mechanical property indicative of high armour-piercing capability. Based on the cooperative control of the high reactive and high armour-piercing capability, both the dynamic mechanical and energy release behavior of the Wp/BMGC will be investigated. The microstructure evolution, damage and failure characteristics of the Wp/BMGC will be clarified under dynamic loading, revealing the mechanism of dynamic response. The impact induced energy release and the energy release characteristics of the Wp/BMGC will be discussed in detail, illustrating the mechanism of energy release. Based on the research referred above, the relationship among the microstructure, mechanical properties and the release characteristics of could be established, and laying the foundation for the application of the Wp/BMGC.

多孔W/Zr基非晶合金活性材料的释能效应来源于元素原子间的化学反应，而非传统活性材料物质颗粒间的反应，因而具有高活性的特征。并且，该活性材料还具有优异的力学性能，表现出高穿甲威力的特征。立足于高活性与高穿甲威力的协同控制，本项目重点围绕多孔W/Zr基非晶合金活性材料的动态力学行为和释能行为两个方面开展研究。明确该活性材料在动态加载过程中的微结构演化、累积损伤和破坏特征，揭示动态响应机理，明确该活性材料的撞击释能过程和释能特性，揭示释能机理。综合二者结果，建立该活性材料微观结构-力学性能-释能特性之间的关系，为该类活性材料的实际应用奠定基础。

多孔W/Zr基非晶合金活性材料兼具高释能和高侵彻性能，在战斗部领域具有良好的应用前景。项目组针对不同W相体积分数的多孔W/Zr基非晶合金活性材料，耦合温度和应变率因素，获得了不同W相含量活性材料在冲击载荷下的释能特性参数，揭示了W相含量对动态力学行为的影响规律以及力学性能与释能特性的关联性，并阐明了环境温度对非晶合金释能特性的影响规律。主要研究成果如下： .（1）多孔W/非晶合金活性材料的动态压缩屈服强度较准静态压缩提高40％以上，具有高应变率强化效应；活性材料中的两相在三维空间连续分布，促使变形时两相相互约束，显著提高了活性材料的承载能力。.（2）准确获得了不同W相体积分数活性材料的冲击释能特性参数，发现W相体积分数的降低可显著降低材料的释能阈值并提高释能超压。随着应变率的增加，活性材料的破碎更为充分，释能反应明显加剧。.（3）发现了高速冲击可同时改变非晶合金的中、短程序原子排布，进而利于合金组元间的化合反应及组元与氧气的氧化反应；低温环境可促使非晶合金在冲击条件下产生更多的自由体积，高温环境可降低组元间的结合强度，表明非晶合金在宽温域下均具有良好的释能特性。