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含能材料噴墨打印:新進展與多樣化應用

來源:杰呈3D打印 發(fā)布時間:2025-09-17 09:45:51 瀏覽次數:0
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A Ihnen等人利用噴墨打印技術得到了最大分辨率約為20μm的混有納米RDX的含能材料油墨圖案,但是在打印過程中容易出現堵塞針頭的現象。實驗使用的含能墨水以納米黑索今(RDX)作為主要材料,乙酸乙酯纖維素和聚乙酸乙酯作為粘結劑體系。為了解決噴墨打印機在打印過程中針頭堵塞的問題,他們在之前的研究基礎上進一步開發(fā)了一種以二甲基甲酰胺(DMF)作為有機溶劑、醋酸纖維素丁酸酯(CAB)為粘結劑的RDX全液墨水,并順利的進行了噴墨打印。

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王晶禹等人使用噴墨打印的方法對CL-20炸藥和硝化棉制備的復合墨水進行沉積打印,最終結果顯示,復合材料經過噴墨打印技術可以獲得2.4μm的單層厚度,并且密度可以達到理論密度的86%,在撞擊安全性方面,通過噴墨沉積獲得的復合材料很好的改善了這方面性能,具有0.4 mm的爆轟臨界厚度,但是在整個過程中無法控制CL-20晶型在墨水制備過程中發(fā)生的轉變。

猛炸藥RDX和CL-20以外,鋁熱劑也成為了噴墨打印的一種含能材料,研究人員對打印的鋁熱劑性能進行了研究和對比。A S Tappan等人對Al/MoO3和Al/Bi2O3復合材料進行了噴墨印刷,這兩種復合材料都是亞微米級別。噴墨印刷厚度達到350μm,且在點火實驗中未發(fā)現尺寸效應對燃燒速度的影響。A K Murray等人進行了雙組分納米鋁熱劑的反應噴墨印刷,以克服噴墨打印機與材料不相容的問題。實驗當中,主要采用雙噴嘴打印機分別打印Al油墨和CuO油墨,將其燃燒性能與CuO/Al混合油墨打印結果進行對比可以發(fā)現反應噴墨打印具有更佳的反應性能。后來在2018年的時候利用壓電噴墨打印技術對鋁熱劑含能材料進行了選擇性沉積實驗研究,實驗中采用三種類型的打印機進行了對比,最終顯示壓電噴墨打印是一種比熱噴墨頭更安全更可靠的打印技術。

錢力等人制備了以核殼結構為主的含能墨水,此核殼結構以Al微米球為核、Cu2(NO3)(OH)3為殼體。含能墨水中使用乙酸乙酯作為溶劑,并通過改變乙酸乙酯的含量來調節(jié)墨水的黏度。實驗證實當乙酸丁酯用量為2.5 mL時墨水粘度適中,適合噴墨打印技術。使用同一種尺寸的針頭進行噴墨打印時,當乙酸丁酯含量越多,含能墨水的粘度就會越低,相反地流動性就會增強,因此噴墨打印得到的線條就會有比較大的寬度。

對于不同的打印對象,在打印條件上也會有差異。對于噴墨打印來說,打印頻率和基板溫度是影響打印效果最明顯的兩個因素,因此ZhangRR等人此進行了相關研究。研究發(fā)現,在打印頻率為6 Hz時,隨著基片溫度的增加,含能材料的粒度會減小,當溫度達到80℃時,打印出來的含能材料具有2μm的粒徑,并且分布均勻。在基片溫度為60℃時,在打印頻率為2 Hz時,含能材料粒子出現了團聚現象;當打印頻率為在4 Hz和6 Hz時,含能材料粒子沿一定的方向生長,形成條狀;當打印頻率為10 Hz時,含能材料粒子在一定方向上生長受到抑制,此時粒徑為1~2μm。

反應性材料作為一種新型含能材料,成為了國防工業(yè)以及經濟建設中重要的材料。其具有密度大、活性高、感度低的特點,在機械沖擊作用下才能被引發(fā)反應而釋放出能量。目前多用于反應性破片、含能藥型罩和爆炸成型彈丸等,來提升武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗部的毀傷效果。其中鋁熱劑和金屬/含氟聚合物由于配方靈活等優(yōu)點被國內外研究人員認可,極具希望應用在武器戰(zhàn)斗部中。已有的研究結果也表明了鋁熱劑和金屬/含氟聚合物的各方面性能(能量輸出、力學性能、沖擊特性等)的優(yōu)越性,為反應性材料的應用提供了保障。

此外,隨著科學技術的發(fā)展,人們對于在生產制造過程中的安全意識也正在加強,傳統(tǒng)的裝藥方式由于效率低、安全性差等缺點,已經不能夠完全滿足對含能材料的生產制造,所以3D打印技術的出現剛好能夠解決裝藥方式方法的問題。


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