Ударно-волновое нагружение реакционных материалов системы W—ПТФЭ—Al на основе наноразмерного вольфрама в цилиндрических ампулах сохранения

Исследовано влияние нанодисперсного вольфрама на инициирование горения составов системы W—ПТФЭ—Al при ударно-волновом или тепловом воздействии. Установлено, что воспламенение в исследуемых составах инициируется при 1000... 1060 °C с интенсивным ростом температуры до 1700 °C. Механизм и локализация синтеза при ударно-волновом нагружении исследуемых составов в ампулах сохранения зависит от содержания алюминия. Составы с низким содержанием алюминия (5-10 мас. %) инициируются в области с низким давлением (в верхней части ампулы), тогда как составы с высоким содержанием Al (20-30 мас. %) в области с высоким давлением (в нижней части ампулы). Состав 72W-18ПТФЭ—10Al продемонстрировал наибольшее энерговыделение, так как привел к почти полному разрушению ампулы (70 % длины). Использование нанодисперсного вольфрама позволило инициировать синтез ударно-волновым нагружением в составе 56W—14ПТФЭ—30Al и установить изменение структуры по длине образца. В результате ударно-волнового нагружения составов 64W—16ПТФЭ—20Аl и 56W—14ПТФЭ—30Al полученные продукты синтеза подвержены диспергированию под действием атмосферной влаги без изменения фазового состава.

1. Zhou Q, Hu Q, Wang B, Zhou B, et al. Fabrication and characterization of the Ni-Al energetic structural material with high energy density and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds. 2020;832:154894. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.154894

2. Pisarev SP, Rogozin VD, Bogdanov AI, Arisova VN, et al. Effect of thermal treatment on phase composition explosive pressing of tungsten boride and nickel powders. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2019;2:34-38. (In Russ.)

3. Ananev SY, Deribas AA, Drozdov AA, Dolgoborodov AY, et al. Dynamic compaction of Ni and Al micron powder blends in cylindrical recovery scheme. Journal of Physics: Conference Series. 2015;653:012037. DOI:10.1088/1742-6596/653/1/012037

4. Hastings DL, Dreizin EL. Reactive structural materials: preparation and characterization. Advanced Engineering Materials. 2018;20(3):1700631. DOI: 10.1002/adem.201700631

5. Adamenko NA, Kazurov AV, Agafonova GV, Savin DV. Structure formation in nickelpolytetrafluorethylene composite materials upon explosive pressing of powders. Materialovedenie = Inorganic Materials: Applied Research. 2020;11(4):982-990. DOI: 10.1134/S2075113320040036 (In Russ.)

6. Ignatieva LN, Zverev GA, Adamenko NA, Kazurov AV, et al. Features of forming the metal-fluoropolymer composites by method of explosive pressing. Journal of Fluorine Chemistry. 2019;217:58-62. DOI:10.1016/j.jfluchem.2018.11.008

7. Adamenko NA, Kazurov AV, Savin DV, Agafonova GV. Structure and thermophysical properties of polytetrafluoroethylene-aluminum composite materials produced by explosive pressing. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;450:032044. DOI:10.1088/1757-899X/450/3/032044

8. Thadhani NN. Shock compression processing of powders. Advanced Materials and Manufacturing Processes. 1988;3(4):493-549. DOI:10.1080/10426918808953217

9. Batsanov SS. Features of solid-phase transformations induced by shock compression. Uspehi himii = Russian Chemical Reviews. 2006;75(7):601-616. DOI:10.1070/RC2006v075n07ABEH003613 (In Russ.)

10. Guo J, Zhang QM, Zhang LS, Guo XG, et al. Reaction behavior of polytetrafluoroethylene/al granular composites subjected to planar shock wave. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2017;42(3):300-307. DOI: 10.1002/prep.201600115

11. Zelepugin SA, Ivanova OV, Yunoshev AS, Zelepugin AS. Destruction of cylindrical ampoules containing solid phase reaction mixtures under explosive loading. Letters on Materials. 2015;5(4):468-472. DOI: 10.22226/2410-3535-2015-4-468-472

12. Alymov MI, Vadchenko SG, Saikov IV, Kovalev ID. Shock-wave treatment of tungsten/ fluoropolymer powder compositions. Perspektivnye materialy = Inorganic Materials: Applied Research. 2017; 8(2):340-343. DOI:10.1134/S2075113317020022 (In Russ.)

13. Alymov MI, Pervukhin LB, Rogachev AS, Pervukhina OL, et al. Combination of SHS and shock wave compacting for production of composite materials. Letters on Materials. 2014;4(3):153-158. DOI:10.22226/2410-3535-2014-3-153-158

14. Wang L, Liu J, Li S, Zhang X. Investigation on reaction energy, mechanical behavior and impact insensitivity of W-PTFE-Al composites with different W percentage. Materials & Design. 2016;92:397-404. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.12.045

15. He W, Liu P, He G, Gozin M, et al. Highly reactive metastable intermixed composites (MICs): preparation and characterization. Advanced Materials. 2018;30(41):1706293. DOI:10.1002/adma.201706293

16. Yu ZS, Fang X, Gao ZR, Wang HX, et al. Mechanical and reaction properties of Al/TiH2/PTFE under quasi-static compression. Advanced Engineering Materials. 2018;20(7):1800019. DOI:10.1002/adem.201800019

17. Wu J, Wang H, Fang X, Li Y, et al. Investigation on the thermal behavior, mechanical properties and reaction characteristics of Al-PTFE composites enhanced by Ni particle. Materials. 2018;11(9):1741. DOI: 10.3390/ma11091741

18. Shekhawat D, Vauth M, Pezoldt J. Size dependent properties of reactive materials. Inorganics. 2022;10(4):56. DOI:10.3390/inorganics10040056

19. Saikov I, Seropyan S, Malakhov A, Saikova G, et al. Energetic materials based on W/PTFE/Al: thermal and shock-wave initiation of exothermic reactions. Metals. 2021;11(9):1355. DOI:10.3390/met11091355

20. Chase MW. NIST-JANAF thermochemical tables. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1998;1951.

21. Seropyan SA, Saikov IV, Malakhov AYu, Saikova GR. Shock wave loading of reactive materials of the W-PTFE-Al powder system in cylindrical ampoules. Izvestia Volgograd State Technical University. 2022;(11):87-93. DOI:10.35211/1990-5297-2022-11-270-87-93 (In Russ.)

22. Shiryaev AA. Thermodynamics of SHS: Modern approach. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1995;4:351-362.

23. Roodenko K, Halls MD, Gogte Y, Seitz O, et al. Nature of hydrophilic aluminum fluoride and oxyaluminum fluoride surfaces resulting from XeF2 treatment of Al and Al2O3. The Journal of Physical Chemistry C. 2011;115(43):21351-21357. DOI:10.1021/jp207839w

24. Zhang Z, Zhang L, Zhu L, Fu M, et al. Effect of hydrated aluminium fluoride on phase transformation and morphology evolution of alumina. Journal of the Australian Ceramic Society. 2025;61(1):321-331. DOI: 10.1007/s41779-024-01135-2