一种用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法

本发明涉及一种用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法。
背景技术：
：金属丝电爆炸是指金属丝在极短的时间内注入高密度的脉冲电流，在焦耳加热的作用下，沉积能量迅速使金属丝发生熔化、汽化、电流并产生等离子体的物理过程，同时金属丝的电阻等参数和状态也会发生剧烈的变化，其中也伴随着有冲击波、光辐射等物理现象。当前，金属丝电爆炸作为一种引爆含能材料的方式，得到了深入的研究。例如，周海滨(周海滨,张永民,刘巧珏,景龑,韩若愚,邱爱慈.铜丝电爆炸等离子体对含能材料的驱动特性[j].高电压技术,2017,43(12):4026-4031.)等人使用长6cm的金属丝驱动多种含能材料混合后质量为1.4g的含能弹，在14-24.2kv充电电压下进行了实验，其初始电能为588-1758j，而1gtnt可释放4184j的能量，由此可见，过去研究中金属丝电爆炸装置的储能通常小于含能材料的储能。另一方面，为了获得更大的爆炸威力，人们积极探索新的含能材料。如全氮含能材料等，其理论能量水平可达tnt的3倍以上，而且爆炸后的分解产物主要是氮气，清洁无污染，不易被检测，在军事上具有多种优点。与此同时，研究通过馈入其他形式的能量以提高含能材料的威力也是一种新的途径。通过其他形式的能量馈入含能材料体系可以获得更大威力的放能状态，可以为炸药的毁伤机理及其防护方法等研究提供新的手段。然而目前人们尚未开展相关研究。目前，国内外在金属丝电爆炸引爆含能材料方面进展不大。以往的金属丝与含能材料组成的负载中，金属丝与含能材料接触面积小，沉积在金属丝中的电能只有很少一部分用来引爆含能材料，大部分都以光能和热能形式耗散。因此需要探索一种提高电能馈入含能材料放能的新方法及装置。技术实现要素：本发明的目的在于通过金属丝电爆炸与含能材料爆炸在空间与时间上匹配，将金属丝中的沉积能量馈入含能材料放能体系并提高其放能效率，提高电爆-化爆体系放能，提供一种用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法，包括以下步骤：步骤1，将金属丝加工成z型结构，并在其表面覆盖含能材料；步骤2，将步骤1制得的金属丝装设在电爆炸腔体中，一端连接待充电的高压电容，另一端连接在地端，然后充入设定的电压；步骤3，通过调节电压进而调节初始电能，触发气隙开关击穿，发生电爆炸，起爆含能材料。本发明进一步的改进在于：所述步骤1中金属丝采用铝丝、钽丝或钨丝。所述含能材料为粉末状，通过涂抹的方法均匀覆盖在金属丝表面。所述含能材料采用铝纳米颗粒、tnt或黑索金。所述含能材料为液体，通过浸泡将熔融态的含能材料覆盖在金属丝表面。所述金属丝的长度为5-15cm，直径为0.2-0.3mm。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法，提出将金属丝通过加工成z型结构，并将含能材料覆盖在金属丝表面，用于金属丝电爆炸引爆含能材料的实验。金属丝电爆炸引爆含能材料本质上是利用金属丝电爆炸产生的高温环境、光辐射和冲击波等物理现象或过程驱动含能材料这一机制，因此本发明在物理上具有可行性。本发明首先根据含能材料爆炸的反应时间为微秒级的特性，调整脉冲放电尺度为微秒级，使二者在时间上得以匹配。其次，考虑到金属丝的装设及引爆顺序，本发明采用将熔融态含能材料涂覆在金属丝表面的方法。在电爆炸参数一定的情况下，显著增大金属丝与含能材料的接触面积，提高馈入到化学爆炸体系中的沉积能量。进一步的，金属丝呈z型安装在电爆炸腔体中，可以在电极距离一定的条件下使用更长的金属丝、覆盖更大质量的含能材料用于实验，可以产生更多的放能。进一步的，电爆炸装置的输出特性在时间和空间上能与含能材料放能过程匹配，是指电爆炸装置电流周期和含能材料反应速率均是微秒级、含能材料涂覆在“z”型构型的金属丝上。因此可以实现增强放能的作用。进一步的，使用铝丝、钽丝或钨丝等材料，铝纳米颗粒可以作为含能材料放能，而钽和钨的纳米颗粒可以用于催化含能材料放能。附图说明为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本发明的负载及其装设示意图；图2为本发明的负载的构型制作及使用流程图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1和图2，本发明用于增强含能材料放能的金属丝电爆炸方法，采用金属丝呈z型，含能材料覆盖在金属丝表面，金属丝两端分别装设在高低压极板上。以往进行金属丝电爆炸引爆含能材料的实验时，金属丝为竖直装设，含能材料与金属丝部分接触，虽然也可以引爆含能材料，但金属丝中的沉积能量并没有完全馈入含能材料中，能量利用率较低。采用图1所示的负载制备及装设方法后，不仅可以保证金属丝电爆炸过程的顺利进行，也可以使其与含能材料有效接触面积增大，提高电能馈入化学能的效率，同时增加参与反应的含能材料的质量。首先将金属丝通过加工方法形成z型结构，保证其平直光滑，然后在其表面采用浸泡熔融含能材料等方法覆盖上含能材料。将准备完成的金属丝装设在高低压极板之间，之后向其充入设定的电压，通过电压调节初始电能，触发气隙开关击穿，发生电爆炸，产生高温高压和光辐射等物理环境，可以起爆含能材料。进而，电能继续馈入金属丝和含能材料的爆炸产物中，增强其放能。另外，选用铝丝和钨丝等材料时，其金属蒸汽和纳米颗粒可以直接帮助或参与放能，最终实现能量更多更快释放。如图2所示，本发明主要围绕金属丝电爆炸引爆含能材料的负载设计方法展开，金属丝电爆炸模式及含能材料的主要驱动因素不是本发明讨论的重点，因此将其理想化为，金属丝电爆炸为典型的电爆炸过程，即包括了液化、汽化和形成等离子体的全过程，没有电流暂停等特殊现象，含能材料可以被高温、冲击波和光辐射等一种或多种因素驱动而发生爆炸，储能电容和触发开关等单元与单纯的金属丝电爆炸保持一致，相关装置的启动和结束均可人为操作设置。具体方法如下：步骤1，金属丝加工：将选择好尺寸的金属丝通过有效手段加工成z型结构，金属丝各段保持平直光滑。步骤2，含能材料覆盖：将含能材料的粉末或者溶液采用涂抹等方法均匀覆盖到加工好的金属丝表面，实现金属丝电爆炸和含能材料爆炸过程在空间上匹配。步骤3，金属丝装设：金属丝和含能材料准备完成后，把金属丝安装在电爆炸腔体中，一端连接待充电的高压电容，一端连接在地端，确认无误后即可准备实验。爆炸结束后，可重复进行上述操作。本发明具有以下优势：1、使用金属丝电爆炸的方法起爆含能材料，将电能馈入含能材料释放的能量中，并且电能超过含能材料的化学能。2、保持电爆炸和含能材料放能在空间和时间上的匹配，增大电能馈入化学能的效率。3、电爆炸产生的金属蒸汽和纳米颗粒可以直接参与或帮助含能材料放能。这种方法及装置在未来的使用金属丝电爆炸引爆含能材料的相关实验中具有很大的意义，可以实现电爆与化爆在空间和时间上的匹配。实施例步骤1，使用长度15cm，直径0.25mm的铝丝将其加工为图1所示的z型结构，铝丝各段光滑平直。步骤2，将tnt加热至其熔点80℃左右，将步骤1中的铝丝放入其中，取出晾干后得到准备完毕的负载。实施例2-7与实施例1的区别见下表：实施例金属丝长度/cm金属丝直径/mm金属丝材料含能材料150.25铝丝tnt2100.3铝丝tnt3100.2钨丝黑索金4100.2钽丝tnt5150.3铝丝黑索金6150.3钨丝tnt7150.3钽丝黑索金以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12