1、背景介绍背景介绍1、优异的机械强度和爆炸性能、优异的机械强度和爆炸性能2、优良的化学安定性和操作安全性、优良的化学安定性和操作安全性3、良好的耐热性和成型工艺性能、良好的耐热性和成型工艺性能 PBX （Polymer bonded explosive，高聚物黏结炸药）是由高能炸药晶体和高聚物黏结剂等组成的固体高能炸药，广泛用于导弹战斗部装药和核战斗部起爆药。PBX-9502作为起爆药的美军B61核弹制备方法：模压法（冷压或温压）+时效处理背景介绍背景介绍PBX压制成型PBX压制成型的技术难点：1、致密性：密度分布不均匀、缺陷、损伤等问题，直接影响产品爆破性能；2、残余应力：产品在放置一段时间后
2、出现回弹、开裂等现象，可能导致装药密度降低，尺寸长大，还可能产生裂纹或分层等缺陷。3、安全性：在其压制成型过程中施加过高的压力与温度会导致安全风险；4、爆破性能：过高的压力会导致高能炸药颗粒破碎，有机晶体形成孪晶等缺陷损伤，影响爆破性能。对新的成型机理和技术手段提出了迫切的需求！对新的成型机理和技术手段提出了迫切的需求！背景介绍背景介绍超声加载粉末成型技术超声加载粉末成型技术 1984年，日本学者Tsujino.J提出超声粉末成型技术。超声加载粉末成型技术是将功率超声与粉末成型技术相结合，形成的一种新型、高效的粉末成型方法。超声加载粉末成型技术：1、机械作用：减小粉末与模具侧壁间的摩擦，降低轴
3、向压力梯度，提高材料的流动性，改善致密度、均匀性，降低内应力，提髙粉末产品质量。2、热作用：振动作用使粉末粒子间摩擦，粉末整体得到加热，降低了材料的粘性，提高了流动性、均匀性和致密度，有利于降低产品的内应力。3、能够在较低压力下获得高性能产品，与传统成型技术相比，可以有效降低设备损耗，能量损耗和生产成本。技术优势技术优势研究者研究对象研究内容研究成果Tsujino.J铜 粉,合 金，ZrO2陶瓷等200MPa，轴向2只20kHz+径向8只27kHz换能器铜粉试样密度提高20%、密度分布均匀。S h i n i c h i Kikuchi软磁粉末有限元方法研究超声振动传递方式，优化设备使超声振动
4、能够更有效地传递至试样。H y u n R o k Cha软磁粉末优化换能器配置和功率参数获得低磁滞损失、涡流损失的器件Suk-Ryong hahn(Ba&Sr)TiO3陶瓷粉末超声压制以溶胶凝胶法制备的超细陶瓷粉末超声可提高密度，增加超细颗粒比例。易幼平铁粉对比常规压制与超声压制压坯密度的变化规律，超声压制有效提高试样的品质和力学性能。Y.Daud铁粉单只换能器沿轴向、脉冲式加载通过加载模式的控制有效提高了试样密度O.L.Khasanov陶瓷粉末超声加载压制陶瓷粉末试样密度与多参数存在复杂的作用关系国内外研究现状国内外研究现状金属粉末成型金属粉末成型粉体材料：铁粉超声频率：20kHz驱动功率
5、：1.5kW试样直径：15mm压强：300-700MPa压制时间：10s，30s金属粉末成型金属粉末成型通过超声热作用使高聚物温度短时间超过玻璃态转化温度Tg，实现压制成型，降低高聚物热解。有机高分子材料成形有机高分子材料成形相同条件下，试样密度随超声功率增加并非单调上升；压制压力及超声功率需进行优化，使试样达到高密度；压力及超声作用机理尚有待研究。陶瓷粉末成形陶瓷粉末成形1.成型机理尚不清楚，超声作用过程无法准确描述，如：外压力结合超声场与粉体粒子作用关系，粉体成型的细观力学特性，超声作用下应力场及温度场研究等；2.工程应用方面：试样尺寸较小，未能实现工程化应用；控制系统功能单一，系统装置不
6、完备等。背景介绍背景介绍总体技术路线总体技术路线 1、准静压-超声加载和测量系统 成型模具、压力机、超声换能器2、声学特性检测系统 横、纵波换能器；0.5/1MHz,扩展100KHz-2.5MHz3、温度测量系统 红外测温、热成像等4、相控超声加载系统 主控单元、相控激励电源硬件系统建设硬件系统建设1、超声加载及相控制模块2、力学特性检测及分析模块3、声学特性检测及分析模块4、温度场分析重建模块准静压准静压-超声加载模式超声加载模式软件设计软件设计1、冲压模、成型模结构仿真；2、系统谐振频率、振动模态、换能器位置和加载方式仿真；3、磁致伸缩换能器的结构、频率、功率容量、安装方式设计；4、换能器
7、材料、工艺进行优化设计。结构设计仿真结构设计仿真换能器结构材料的磁学性能 新型磁致伸缩换能器具有功率大、寿命长、耐粉尘、不产生静电的优点。特别适用于对含能材料等具有防爆要求环境中长期运行。换能器设计换能器设计粉末成型实验研究粉末成型实验研究压制压力150tPBX代用材料样品直径200mm，高65-70mm经超声加载成型样品密度提高1.79%6 6、试样声学特性研究、试样声学特性研究采用500kHz超声对不同条件压制的PBX代用材料试样进行测量，对输入及输出波进行频谱分析，结果表明试样的密度，均匀性与超声频谱具有一定相关性，（b）温压PBX代用材料频谱分析PBX代用材料冷压和温压状态下的归一化频
8、谱分析（a）冷压PBX代用材料频谱分实验研究实验研究 由于PBX的含能敏感特性，为了在成型过程中保证安全，必须对试样温度进行监控。项目组研究了PBX代用材料成型脱模后的表面温度场，实际成型过程中需要用声学方法对模具内的粉体进行监控。项目组成员承担了声学测温技术研究课题(2006ZY-01)，发展了温度场重建算法，通过声速测试重建温度场。该研究为粉体成型过程中的温度场模拟提供了参考。PBX代用材料的表面温度场分布实验研究实验研究1、发表相关论文6篇；2、申请相关专利3项；3、获得国家自然科学基金资助1项（11574348），其他项目1项。相关成果相关成果 展望展望金属粉末压制成型金属粉末压制成型陶瓷粉末压制成型陶瓷粉末压制成型有机高分子材料压制成型有机高分子材料压制成型
