炸药颗粒表面包覆的装置及方法 |
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| 申请号 | CN201510848643.6 | 申请日 | 2015-11-27 | 公开(公告)号 | CN105481616A | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
| 申请人 | 中国工程物理研究院化工材料研究所; | 发明人 | 郁卫飞; 廖龙渝; 黄靖伦; 杨光成; 卢欢唱; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种炸药颗粒表面包覆的装置及方法，包括 升华 区、包覆区和测控区，测控区分别包围在升华区和包覆区周围设置；升华区内部用于放置可升华物质，包覆区内部用于放置有炸药颗粒，升华区与包覆区之间连通设有导 流管 ；升华区、包覆区上分别连通设有泄压 阀 ，升华区、包覆区和测控区三个区均由承压材料层、惰性材料层和 电磁感应 材料层三层材料构成。本发明通过电磁 感应加热 产生热量让可升华物质刚好升华为气态，通过导流管进入包覆区，在包覆区内于炸药颗粒表面进行包覆。包覆区的运动机构使炸药颗粒保持运动，这样使得包覆效果更佳、包覆效率更高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种炸药颗粒表面包覆的装置，其特征在于：包括升华区(3)、包覆区(5)和测控区(2)，所述测控区(2)分别包围在升华区(3)和包覆区(5)周围设置；所述升华区(3)内部用于放置可升华物质(10)，包覆区(5)内部用于放置有炸药颗粒(9)，升华区(3)与包覆区(5)之间连通设有导流管(4)；所述升华区(3)、包覆区(5)上分别连通设有泄压阀(8)，所述升华区(3)、包覆区(5)和测控区(2)三个区均由承压材料层、惰性材料层和电磁感应材料层三层材料构成，所述承压材料层用于对可升华物质(10)及炸药颗粒(9)的热分解气体产物的压力承担承受能力，所述惰性材料层对可升华物质(10)及炸药颗粒(9)具有惰性，所述电磁感应材料层在电磁感应条件下能够产生热量；所述测控区(2)内设有测控机构，该测控机构可以监控可升华物质(10)的受热情况、升华情况，以及监控炸药颗粒(9)的温度情况、运动情况、包覆效果。 |
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| 说明书全文 | 炸药颗粒表面包覆的装置及方法技术领域背景技术[0002] 炸药自合成出来，就是一种颗粒状态，这种颗粒的形状、粒径、表面形貌、内部杂质等情形均受到合成反应工艺的影响，难以直接地满足后续应用的需求，大多需要经过重结晶、研磨、球磨、流体磨等方法进行颗粒改性。有别于这些未引入新物质的改性方法，表面包覆技术是在颗粒表面引入作为包覆层，所形成的包覆颗粒中引入包覆层物质的性质，很好地适应后续应用的需求。 [0003] 为了在炸药颗粒表面形成包覆层，常见的方法是选择溶解包覆材料但不溶解炸药颗粒的溶剂，将炸药颗粒投入包覆材料的溶液中，包覆材料在炸药颗粒表面沉积，形成包覆颗粒。这种方法的操作过程比较安全、但需要使用大量的溶剂、且对溶剂的选择受到其溶解性的限制。 发明内容[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现： [0006] 一种炸药颗粒表面包覆的装置，包括升华区、包覆区和测控区，所述测控区分别包围在升华区和包覆区周围设置；所述升华区内部用于放置可升华物质，包覆区内部用于放置有炸药颗粒，升华区与包覆区之间连通设有导流管；所述升华区、包覆区上分别连通设有泄压阀，所述升华区、包覆区和测控区三个区均由承压材料层、惰性材料层和电磁感应材料层三层材料构成，所述承压材料层用于对可升华物质及炸药颗粒的热分解气体产物的压力承担承受能力，所述惰性材料层对可升华物质及炸药颗粒具有惰性，所述电磁感应材料层在电磁感应条件下能够产生热量；所述测控区内设有测控机构，该测控机构可以监控可升华物质的受热情况、升华情况，以及监控炸药颗粒的温度情况、运动情况、包覆效果。 [0007] 为了更好地实现本装置，所述包覆区上连通设有抽真空端，在抽真空端上密闭连通有抽真空设备。 [0009] 进一步地技术方案是：所述升华区上设有保护气体注入端。 [0010] 为了实现更完善的测温功能，所述升华区、包覆区内部均设有若干个测温点，在测温点处安装测温装置；所述测控机构内部具有监控预置程序系统，该监控预置程序系统分别与抽真空设备、运动机构、测温装置电连接，监控预置程序系统用于控制升华区、包覆区中各个区域的温度、真空度以及运动情况；所述测控机构还设有急停按钮，该急停按钮与监控预置程序系统连接，用于紧急关闭抽真空设备、运动机构、测温装置。 [0011] 作为优选，所述升华区上设置至少一个独立控温区，所述包覆区上设置至少两个独立控温区。 [0012] 作为优选，所述承压材料层由金属材料、陶瓷材料、高分子材料的一种或多种材料制造，所述惰性材料层由金属材料、玻璃材料、陶瓷材料或高分子材料的一种或多种材料制造，所述电磁感应材料层由金属材料、陶瓷材料或高分子材料的一种或多种材料制造。 [0013] 一种炸药颗粒表面包覆的方法，它包括炸药颗粒表面包覆的装置，其方法步骤包括如下： [0014] A、将作为包覆层的可升华物质以粉末形式引入升华区，将需要表面包覆的炸药以颗粒形式构成炸药颗粒引入包覆区，按照预设条件使炸药颗粒保持运动； [0015] B、通过保护气体注入端注入保护气体，并通过抽真空设备进行抽真空操作；预设升华区和包覆区各个测温点的位置-温度-时间三者关系曲线，然后启动加热操作，使升华区和包覆区内各个部位的温度按照预设的温控曲线上升；再保温一段时间，使得可升华物质升华成为气态，经导流管扩散至包覆区并且在炸药颗粒表面发生沉积和包覆作用； [0016] C、根据测控区测控机构的在线测控功能，调节加热和运动参数，确定包覆效果； [0017] D、停止加热，升华区和包覆区内各个部位自然冷却至室温，取出包覆后的炸药颗粒。 [0018] 本方法优选的炸药颗粒、可升华物质技术方案如下：所述炸药颗粒选自烟火剂、炸药或推进剂的一种或多种组成，所述可升华物质选自高分子粘结剂、含能粘结剂、烟火剂、炸药或推进剂的一种或多种组成。 [0019] 本发优选的技术方案如下：所述升华区内的最高加热温度使得可升华物质在该温度下能够发生升华且几乎不发生化学分解；所述包覆区的最高加热温度等于或略低于可升华物质的升华温度，使得可升华物质在该温度下以可控方式发生凝华和沉积。 [0020] 本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果： [0021] (1)本发明包覆装置包括升华区、包覆区和测控区，测控区包围在升华区和包覆区的周围。使用本装置时，先将可升华物质引入升华区，然后加热使部分物质升华并扩散进入包覆区，与在包覆区内保持运动的炸药颗粒相遇，被包覆物质在炸药颗粒表面经物理气相沉积方式获得包覆颗粒。测控区负责可升华物质的加热和升华的测控，负责炸药颗粒及包覆颗粒的温度和运动的测控，负责对包覆效果的在线测控。本发明适于小量炸药的表面包覆，包覆过程不引入溶剂等其他化学物质，所得包覆颗粒作为改性颗粒可使用于智能火工品起爆传爆部件。 [0022] (2)本发明的升华区内部放置有可升华物质，通过电磁感应加热产生热量让可升华物质刚好升华为气态，通过导流管进入包覆区，在包覆区内于炸药颗粒表面进行包覆。包覆区内设有使炸药颗粒保持运动的运动机构，这样使得包覆效果更佳、包覆效率更高。本发明可选用抽真空方式，使得可升华物质在较低的温度下升华，而且还可以选用惰性气体充填升华区和包覆区，两者避免热空气引发可升华物质和炸药颗粒受热分解的危险。附图说明 [0023] 图1为本发明装置的结构截面示意图。 [0024] 其中，附图中的附图标记所对应的名称为： [0025] 1－保护气体注入端,2－测控区,3－升华区,4－导流管,5－包覆区,6－运动机构,7－抽真空端,8－泄压阀,9－炸药颗粒,10－可升华物质。 具体实施方式[0026] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明： [0027] 实施例一 [0028] 如图1所示，一种炸药颗粒表面包覆的装置，包括升华区3、包覆区5和测控区2，测控区2分别包围在升华区3和包覆区5周围设置。升华区3内部用于放置可升华物质10，包覆区5内部用于放置有炸药颗粒9，升华区3与包覆区5之间连通设有导流管4，该导流管4可以促使可升华物质10由升华区3向包覆区5扩散。升华区3、包覆区5上分别连通设有泄压阀8，本发明的泄压阀8选为受气体作用后整体地被破坏不再恢复泄压功能的机构、经受气体作用后更换个别部件能够恢复泄压功能的机构或者经受气体作用后无需更换部件就可保留泄压功能的机构。升华区3、包覆区5和测控区2三个区均由承压材料层、惰性材料层和电磁感应材料层三层材料构成，承压材料层用于对可升华物质10及炸药颗粒9的热分解气体产物的压力承担承受能力，惰性材料层对可升华物质10及炸药颗粒9具有惰性，电磁感应材料层在电磁感应条件下能够产生热量。测控区2内设有测控机构，该测控机构可以监控可升华物质10的受热情况、升华情况，以及监控炸药颗粒9的温度情况、运动情况、包覆效果。本发明的测控区2与升华区3和包覆区5之间包括三层功能材料，分别是对可升华物质10和炸药颗粒热分解产物气体的压力具有承受能力的材料层I(即承压材料层)、对可升华物质及炸药惰性的材料层Ⅱ(即惰性材料层)和通过电磁感应产生热量的材料层Ⅲ(即电磁感应材料层)，所述材料层I用作升华区和包覆区的结构支撑材料，所述材料层Ⅱ用作升华区和包覆区的内表面材料，所述材料层Ⅲ用作加热和控温材料，所述测控区包括对可升华物质受热和升华、对炸药颗粒的温度和运动以及对炸药颗粒包覆效果进行在线测控的机构。 [0029] 本发明对可升华物质和炸药为惰性的材料(即电磁感应材料层的组成材料)具有这些性质：该材料不与可升华物质粉末、可升华物质升华气体或炸药颗粒发生反应，不作为炸药热分解的催化剂、不会升华而污染炸药，在装置工作或不工作时不与包围炸药的气体发生反应。例如，某种材料在升华温度下生成氧化物并且污染炸药时，不能认为此种材料为惰性。然而，实际使用中不造成问题的材料，可以作为惰性材料使用。尽管对炸药和可升华物质为惰性的材料的种类随炸药和可升华物质的种类而变化，但是贵金属、玻璃、陶瓷和氟聚合物通常均可作为上述种类的惰性材料。本发明对于可升华物质没有特别的限制。但为了确保装置安全，一般地，应当选择可升华物质的升华温度比炸药的热分解峰温度高30℃以上。为此，可以在空气环境、抽真空环境、惰性气体保护环境下进行测试可升华物质和炸药的热分解峰温度并进行比较，若在某种环境下温度符合要求，即应当在该环境条件下进行表面包覆。 [0030] 本实施例升华区3的形状可以是圆柱状、立方体状、管状、锥状等，包覆区5的形状等可以是圆柱状、立方体状、等。圆柱状的装置是一种制备和使用较为方便的装置，其内部结构和体积可根据可升华物质和炸药的量来调整。 [0031] 根据本发明装置的一个优选实施例，包覆区5上连通设有抽真空端7，在抽真空端7上密闭连通有抽真空设备。 [0032] 根据本发明装置的一个优选实施例，包覆区5内设有使炸药颗粒9保持运动的运动机构6。 [0033] 根据本发明装置的一个优选实施例，升华区3上设有保护气体注入端1。 [0034] 根据本发明装置的一个优选实施例，升华区3、包覆区5内部均设有若干个测温点，在测温点处安装测温装置；测控机构内部具有监控预置程序系统，该监控预置程序系统分别与抽真空设备、运动机构6、测温装置电连接，监控预置程序系统用于控制升华区3、包覆区5中各个区域的温度、真空度以及运动情况。 [0035] 根据本发明装置的一个优选实施例，升华区3上设置至少一个独立控温区，包覆区5上设置至少两个独立控温区。 [0036] 根据本发明装置的一个优选实施例，承压材料层由金属材料、陶瓷材料、高分子材料的一种或多种材料制造，惰性材料层由金属材料、玻璃材料、陶瓷材料或高分子材料的一种或多种材料制造，电磁感应材料层由金属材料、陶瓷材料或高分子材料的一种或多种材料制造。 [0037] 采用上述本发明炸药颗粒表面包覆装置制备炸药包覆颗粒的方法，它包括以下步骤： [0038] (1)将作为包覆层的可升华物质10以粉末形式引入升华区3； [0039] (2)将需要表面包覆的炸药以颗粒形式引入包覆区5，按照预设条件使炸药颗粒保持运动； [0040] (3)视情引入保护气体和抽真空；本发明可选用惰性气体充填升华区3和包覆区5，避免热空气引发可升华物质10和炸药颗粒9受热分解的危险。本发明可选用抽真空方式，使得可升华物质10在较低的温度下升华，从而降低升华区3和包覆区5的温度，减少可升华物质10和炸药颗粒9受热分解的危险。 [0041] (4)预设升华区和包覆区各个测温点的位置-温度-时间三者关系曲线，启动加热操作，使升华区3和包覆区5内各个部位的温度按照预设的温控曲线上升，保温一段时间，使得可升华物质10成为气态，经导流管4扩散至包覆区5、并且在炸药颗粒9表面发生沉积和包覆作用；炸药颗粒9选自烟火剂、炸药、推进剂的一种或多种组成，可升华物质10选自高分子粘结剂、含能粘结剂、烟火剂、炸药、推进剂的一种或多种组成。 [0042] (5)根据测控区2的在线测控功能，调节加热和运动参数，确定包覆效果；本发明测控的温度、运动等参数参考如下： [0043] 本发明选择升华区3的温度，使得可升华物质10在该温度下能够发生升华且几乎不发生化学分解；本发明选择包覆区5的温度等于或略低于可升华物质10的升华温度，使得可升华物质10在该温度下以可控方式发生凝华和沉积。本发明选择包覆区5的运动，使得炸药颗粒在运动状态中保持其表面充分曝露在可升华物质10的气氛中，实现可升华物质10在炸药颗粒表面的沉积和包覆。本方法中仅使用作为包覆颗粒内层的炸药颗粒和作为包覆颗粒外层的可升华物质，不使用溶剂等额外的化学物质，不会在包覆颗粒中引入其他化学物质残留或污染。 [0044] (6)停止加热，升华区3和包覆区5内各个部位自然冷却至室温，取出包覆后的炸药颗粒。 [0045] 本发明还可以调节如下指标与性能： [0046] (a)调节炸药颗粒压制成形性能及成形件的力学性能； [0047] (b)调节炸药颗粒的感度性能； [0048] (c)调节炸药颗粒的含能特性； [0049] (d)调节炸药颗粒的起爆传爆性能； [0050] (e)同时地调节以上性能中的多项， [0051] 通过以上调节，获得性能得到调节和优化的包覆颗粒，作为先进含能材料用于武器系统智能火工品起爆传爆部件。 [0052] 实施例二 [0053] 图1显示的炸药颗粒表面包覆装置是圆柱状的，而图1是该圆柱状装置的结构截面示意图，装置中包括升华区3，包覆区5和测控区2，升华区3和包覆区5按照每个独立加热区域配设测温点和温控措施，升华区3上游端设置保护气体注入端1，升华区3和包覆区5之间设置导流管4,包覆区5下游端设置抽真空端7，升华区3和包覆区5配设多个泄压阀，包覆区5设置可使颗粒进行旋转的运动机构6，该装置的各区域温度、真空度、运动可由预置程序进行控制，该装置配设远距离操控的急停按钮。 [0054] 制造升华区3和包覆区5所需的结构支撑材料I、对炸药和可升华物质惰性的材料Ⅱ和通过电磁感应产生热量的材料Ⅲ可以是各自不同的材料因而形成三个材料层，也可以是同时具备两种或三种材料性能的同一种材料，在结构上可以减少为两层或合并为一层。其中结构支撑层材料I对升华装置进行支撑，对炸药和可升华物质惰性的材料Ⅱ构成升华区和包覆区的内表面，加热材料Ⅲ通过电磁感应加热产生热量并对升华区和包覆区进行加热。 [0056] 材料层Ⅱ位于与炸药及可升华物质直接接触的升华区和包覆区内表面，优选金属如贵金属和合金，玻璃如石英玻璃、派热克斯玻璃、硬玻璃和搪瓷，耐热树脂如氟聚合物、聚酰胺和硅氧烷，陶瓷如氧化铝和氮化硅。 [0058] 若结构支撑材料Ⅰ和加热材料Ⅲ为同一种材质时，可合并为单个材料层用于升华装置设计和制造。加热材料是金属如铁时，材料经常对可升华物质和氧气不是惰性的，在这样的情况下，惰性材料Ⅲ可以通过磁控溅射、电镀、喷涂、气相沉积等措施，制成薄层，与加热材料层和结构支撑材料构成多层的复合材料层。 [0059] 升华区3和包覆区5内表面分成若干个相互独立的加热区域，每一个加热区域均包括一个设在加热区域中心位置的热电偶测温点和一组通电发热材料，每一个加热区域在确保区域内温度控制良好和表面各点位温度分布均匀的情形下可以优选较大的区域面积。相邻的加热区域之间使用绝热材料进行隔离，避免相互干扰。升华区3与包覆区5之间设置导流管，导流管4内表面设置为一个独立的加热区域。包覆区5设置使炸药颗粒保持运动的机构。测控区2负责对每一个加热区域的加热和温度测控，负责对包覆前后炸药颗粒温度和运动的在线测控。 [0060] 通过本炸药颗粒表面包覆装置用于对炸药颗粒进行包覆的方法。 [0061] 将可升华物质10以粉末形式引入图1所示升华装置的升华区3内。若需要可输入保护气体或抽真空。 [0062] 将炸药颗粒9引入图1所示装置的包覆区5内。启动加热操作，通过电磁感应加热产生热量并按照预设的区域-温度-时间曲线控制升华区3和包覆区5内表面各个加热区域的温度。启动包覆区的运动，使炸药颗粒按照预定方式保持运动。首先是升华区内的可升华物质10，经加热升华并由导流管4扩散进入包覆区，然后是进入包覆区5的升华气体与保持运动的炸药颗粒相遇，升华气体在炸药颗粒表面凝华和沉积，得到包覆颗粒，最后是关闭加热和运动，所有区域均冷却至室温，取出样品，得到包覆颗粒。 [0063] 实施例三 [0064] 本实施例的炸药颗粒表面包覆装置与实施例一、二相同，不同之处在于利用炸药颗粒表面包覆装置对炸药颗粒进行包覆的方法，将机械感度较低的升华物质A1包覆到机械感度较高的炸药颗粒B1的外表面，起到钝化作用。 [0065] 炸药颗粒表面包覆装置中，升华区3为长200mm、内径100mm的圆柱体结构，升华区3内表面设为两个长度为300mm的半圆柱状的相互独立的加热区域。升华区3和包覆区5之间设置导流管4，导流管4内表面设为一个独立的加热区域。包覆区5为长300mm、内径100mm的圆柱体结构，内表面设为三个相互独立的加热区域，其中包括设为可带动炸药颗粒运动的区域。 [0066] 将5g可升华物质A1引入升华区3，将20g炸药B1引入包覆区5，抽真空至0.05atm。首先是将升华区3和包覆区5的所有区域的温度自室温以2～3℃/min升至210℃，保持30分钟。启动并保持炸药颗粒处于运动状态，将升华区温度升至250℃，导流管4温度升至245℃，其它区域温度升至230℃，保持1小时。最后是关闭加热和运动，待升华区3和包覆区5的各个区域自然冷却至室温并取出样品。测试表明，获得了外层为A1内层为B1的包覆颗粒，该包覆颗粒的机械感度低于B1，接近A1。 [0067] 实施例四 [0068] 本实施例的炸药颗粒表面包覆装置与实施例一、二相同，不同之处在于利用炸药颗粒表面包覆装置对炸药颗粒进行包覆的方法，将起爆感度较高的可升华物质A2包覆到起爆感度较低的炸药颗粒B2的外表面，起到敏化作用。 [0069] 本炸药颗粒表面包覆装置中，升华区为内径100mm的球体结构，升华区内表面设为两个半球状的相互独立的加热区域。升华区3和包覆区5之间设置内径20mm的导流管4，导流管4内表面设为一个独立的加热区域。包覆区5为长500mm、内径100mm的圆柱体结构，内表面设为三个相互独立的加热区域，其中包括设为可带动炸药颗粒运动的区域。 [0070] 将15g起爆感度较高的可升华物质A2引入升华区，将85g炸药B2引入包覆区，充填氮气。首先是将升华区和包覆区的所有区域的温度自室温以2～3℃/min升至220℃的，保持30分钟。启动并保持炸药颗粒处于运动状态，将升华区温度升至260℃，其它区域温度升至 250℃，保持2小时。最后是关闭加热和运动，待升华区3和包覆区5的各个区域自然冷却至室温并取出样品。测试表明，获得了外层为A2内层为B2的包覆颗粒，该包覆颗粒的起爆感度高于B2，接近A2。 [0071] 实施例五 [0072] 本实施例的炸药颗粒表面包覆装置与实施例一、二相同，不同之处在于利用炸药颗粒表面包覆装置对炸药颗粒进行包覆的方法，将具有粘结性能的可升华物质A3包覆到炸药颗粒B3的外表面，所得包覆颗粒经压制得到成形件，比由B3直接压制所得成形件具有更好的力学性能。 [0073] 炸药颗粒表面包覆装置中，升华区3为内径300mm的球体结构，升华区3内表面设为两个半球状的相互独立的加热区域。升华区3和包覆区5之间设置内径30mm的导流管4，导流管4内表面设为一个独立的加热区域。包覆区5为长500mm、内径200mm的圆柱体结构，内表面设为三个相互独立的加热区域，其中包括设为可带动炸药颗粒运动的区域。 [0074] 将10g具有粘结性能的可升华物质A3引入升华区3，将190g炸药B3引入包覆区，充填氮气。首先是将升华区3和包覆区5的所有区域的温度自室温以2～3℃/min升至100℃的，保持30分钟。启动并保持炸药颗粒处于运动状态，将升华区温度升至140℃，其它区域温度升至120℃，保持2小时。最后是关闭加热和运动，待升华区3和包覆区5的各个区域自然冷却至室温并取出样品。测试表明，获得了外层为A3内层为B3的包覆颗粒，该包覆颗粒的机械感度低于B2，经压制所得成形件具有较好的力学性能。 |
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