高熵合金含能結構材料的潛力與挑戰

唐 宇，王睿鑫，李 順，陳 進，劉希月，白書欣

（1. 國防科技大學空天科學學院，湖南 長沙 410073；2. 西安近代化學研究所，陜西 西安 710065）

1 引言

含能結構材料（Energetic structural materials，ESMs）是指具有一定的力學性能，在特定條件下能夠誘發材料組元之間或組元與環境介質的高能量化學反應，釋放出熱量的材料［1-2］。含能結構材料具有“結構-能量一體化”的特點。在常溫常壓下，含能結構材料是惰性的結構材料；在極端條件下，如劇烈撞擊、沖擊等，含能結構材料被激活，引發組元之間或組元與環境介質的化學反應，產生具有毀傷效果的高溫和高壓，對目標進行二次毀傷。

根據材料的成分特點，含能結構材料主要可分為金屬-氟聚物、金屬-氧化物、金屬-金屬型和純金屬型四種類型。其中，金屬-氟聚物（如Al-PTFE）、金屬-氧化物（如Al-CuO）、金屬-金屬型（如Al-Ni）這三種復合材料因為可產生組元間的化學反應，具有很好的能量釋放效率，而最先成為含能結構材料研究的主流。如8 g的Al-Ni-CuO 彈丸以1400 m·s-1速度侵徹27 L 密閉靶箱后，產生的準靜態超壓接近0.2 MPa［3］。然而，復合物型含能結構材料因為沒有形成物相間的強化學鍵，所以強度都遠遜于傳統結構材料，難以作為真正承載的結構件使用。

為此，研究者開始嘗試具有更高理論強度的單相金屬型含能結構材料。其中的典型代表是Zr基非晶合金。2006 年，Walters 等［4］將Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10作為藥型罩，研究了聚能射流形態和破甲性行為，發現非晶合金侵徹時產生橫向破壞作用。Gilbert 等［5］在夏比沖擊實驗（Charpy impact test）中發現，Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金動態斷裂過程由于劇烈的變形和氧化作用，產生劇烈的火光現象。……