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3D打印技術(shù)打印Al基反應(yīng)活性材料，并對(duì)其性能進(jìn)行研究測(cè)試，從3D打印技術(shù)參數(shù)和能量釋放兩個(gè)方面分別獲得優(yōu)異的可打印含能油墨配方和復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而獲得復(fù)合結(jié)構(gòu)與壓力輸出之間的關(guān)系。3D打印技術(shù)在含能材料領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅提升了含能材料的生產(chǎn)安全性，而且還可以有效提升含能材料制備的結(jié)構(gòu)多樣性，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)裝藥方式難以完成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)等。
另一方面，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)控含能材料的壓力輸出過程和壓力值，以此來對(duì)含能材料的作用時(shí)間和毀傷程度進(jìn)行控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)能量釋放的調(diào)控作用，在已有的基礎(chǔ)上增強(qiáng)含能材料的毀傷效果。
目前研究結(jié)果表明，在眾多反應(yīng)性材料中，鋁熱劑由于具有能量高、密度大、配方靈活等優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外同行廣泛認(rèn)可，而鋁/氟聚物含能材料又因?yàn)檩^高的能量、低感度和獨(dú)特的能量釋放特性成為了重要的軍用和民用的新型含能材料。
本課題在已經(jīng)有的研究基礎(chǔ)上選取了反應(yīng)性材料中兩種典型的復(fù)合材料：CuO/Al復(fù)合材料和PTFE/Al復(fù)合材料，利用3D打?。ㄖ睂懗练e）技術(shù)構(gòu)造相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試分析，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：
（1）制備可用于3D打印的復(fù)合油墨。制備不同粘結(jié)劑含量的CuO/Al復(fù)合油墨和不同PTFE于Al質(zhì)量比的PTFE/Al復(fù)合油墨，并分別驗(yàn)證了所制備復(fù)合油墨的流變特性，表明了復(fù)合油墨屬于非牛頓流體（假塑性流體），能夠順利地進(jìn)行3D打印并保持其成型結(jié)構(gòu)不發(fā)生形狀變化。
（2）研究反應(yīng)性材料的放熱性能和燃燒性能。利用3D打?。ㄖ睂懗练e）技術(shù)對(duì)制備的復(fù)合油墨構(gòu)建了不同表觀直徑的線條，使用高速攝像機(jī)記錄線條燃燒時(shí)火焰?zhèn)鞑デ闆r，分別獲得了粘結(jié)劑含量對(duì)CuO/Al復(fù)合材料的影響規(guī)律以及組分比例對(duì)于PTFE/Al復(fù)合材料的影響規(guī)律。此外，不同表觀直徑的復(fù)合材料線條的燃燒實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了線條表觀直徑對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懸?guī)律；在較大表觀直徑的情況下，熱量損失較小，火焰能夠更順暢地傳播。
（3）研究PTFE/Al復(fù)合材料的壓力輸出特性。構(gòu)建PTFE/Al復(fù)合材料的軸向梯度結(jié)構(gòu)和徑向梯度結(jié)構(gòu)，分別以組分比例（PTFE與Al質(zhì)量比）和PTFE的形態(tài)（微米PTFE、PTFE纖維、納米PTFE）作為出發(fā)點(diǎn)，獲得組分比例對(duì)PTFE/Al復(fù)合材料壓力輸出的影響規(guī)律以及PTFE形態(tài)對(duì)于PTFE/Al復(fù)合材料壓力輸出的影響規(guī)律。
共振聲混合(resonant acoustic mixing，RAM)是基于振動(dòng)宏觀混合和聲流微觀混合耦合作用的混合新工藝。依托于共振聲混合設(shè)備的低頻(30~100 Hz)、大加速度(100 g，g為重力加速度，g=9.8 m/s2)往復(fù)振動(dòng)實(shí)現(xiàn)物料的無(wú)槳混合。在混合過程中沒有槳葉等元件的介入，具有混合效率高、均勻性好、危險(xiǎn)刺激量小等優(yōu)勢(shì)；共振聲混合技術(shù)的出現(xiàn)不但能夠滿足含能材料混合的功能性要求，而且能夠保證含能材料混合的安全性要求。
DHR-1旋轉(zhuǎn)流變儀是以空氣軸承馬達(dá)為核心測(cè)量結(jié)構(gòu)的高等級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀，可以進(jìn)行連續(xù)的轉(zhuǎn)速控制、可以產(chǎn)生正弦波應(yīng)變或應(yīng)力，具有穩(wěn)態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量、瞬態(tài)測(cè)量功能，可以測(cè)量黏度、流動(dòng)曲線、屈服應(yīng)力、觸變性、復(fù)數(shù)模量G*、儲(chǔ)能模量G'、損耗模量G"、Tanδ、應(yīng)力松弛、蠕變等流變學(xué)特性。
掃描電子顯微鏡（SEM）是利用二次電子和背散射電子信號(hào)，通過真空系統(tǒng)、電子束系統(tǒng)和成像系統(tǒng)獲取被測(cè)樣品本身的各種物理、化學(xué)性質(zhì)的信息，如形貌、組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電場(chǎng)或磁場(chǎng)等的一種分析儀器，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，其放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬(wàn)倍，分辨率可達(dá)納米級(jí)別，是形貌和成分分析領(lǐng)域極其重要的一種工具。
平行板結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)互相平行的同心圓盤組成，即夾具和底座，測(cè)試半徑R由夾具的規(guī)格決定，加載間隙根據(jù)測(cè)試樣品的性質(zhì)不同而有差異，在沒有特殊要求的情況下，一般設(shè)置加載間隙為1mm。相較于同軸圓通和錐板結(jié)構(gòu)，平行板結(jié)構(gòu)更適合測(cè)量復(fù)合物與共混物的流變性能，而且更加容易進(jìn)行精度檢查；此外，容易清洗也是平行板結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
粘結(jié)劑含量從5wt%~25 wt%的CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度都隨著剪切速率的增加而急劇下降。從圖中我們可以將粘度劃分為兩個(gè)區(qū)域，包括低剪切速率（0–40 s-1）的非牛頓區(qū)（也稱為假塑性區(qū)）以及高剪切速率（>40 s-1）區(qū)域，稱為牛頓區(qū)。在假塑性區(qū)，CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度在0~40 s-1的剪切速率范圍內(nèi)大幅度下降至穩(wěn)定，被認(rèn)為是典型的非牛頓流體。由于具有優(yōu)異的剪切稀釋率，這種流變性使得CuO/Al納米鋁熱劑油墨能夠順利通過3D打印針頭。而隨著剪切速率的增加，在牛頓區(qū)域CuO/Al納米鋁熱劑墨水保持了低剪切速率形成的低粘度特性，粘度基本保持不變，依舊能夠在一定壓力作用下順利通過針頭。添加不同的粘結(jié)劑含量，可以有效調(diào)控CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度，這可能是由于氟橡膠與納米粒子之間的交聯(lián)作用導(dǎo)致了FX-A與納米鋁熱劑的相互作用。
3D打印技術(shù)，PTFE/Al復(fù)合材料的流變特性（粘度和模量）是打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的重要因素。對(duì)聚四氟乙烯/鋁復(fù)合材料的粘度和模量進(jìn)行了測(cè)試和控制。復(fù)合材料的粘度隨剪切速率的增加而降低，圖中所有曲線都展現(xiàn)出了相似的剪切變稀過程。剪切變稀理論表明，所制備的PTFE/Al復(fù)合材料為非牛頓流體，滿足3D打印的流動(dòng)性要求。從圖中可以清楚地看出，鋁粉的加入降低了復(fù)合油墨的初始粘度，更有利于3D打印。
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