活性材料是一种能够在冲击载荷作用下发生强烈爆燃反应并释放出大量能量的含能材料,与传统的含能材料相比反应材料还具有较高的机械强度和稳定性。由于该类材料兼具一定的机械强度和释能的双重特性,因此可作为结构材料替代弹药中的惰性金属结构(如战斗部壳体、聚能药型罩等)。然而,现阶段对该类材料的理论研究还不够深入,本文以铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料为研究对象,采用理论分析和实验相结合的方法,围绕该活性材料的动力学特性及反应释能等方面开展研究。开展Al/PTFE试件的制备及微观分析的研究;构建分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,对Al/PTFE试件的动态压缩特性进行实验研究;在Al/PTFE活性弹丸冲击反应释能分配方面,建立与实际冲击诱发反应过程相适应的能量分配关系,确定各部分能量的评价方法;基于Al/PTFE活性弹丸冲击反应释能的能量分配关系,定量评价不同Al粒径的冲击反应释能,以及活性弹丸撞击靶板诱发反应的总释能及各部分能量分配结果。取得的主要研究成果如下:(1)建立了Al和PTFE的粒径匹配模型,确定了PTFE和2种Al粉原料的颗粒粒径分别为34μm、1.5μm和100μm;根据一般粉料的混合机理确定了组分混合的工艺参数;混料经室温压制预成型,确定了慢速升压的工艺手段;在考虑材料性能和任务效率的基础上确定了烧结温度曲线。建立了PTFE包覆Al颗粒的简化模型,结合微观分析确定了组分包覆方式、综合评价了工艺效果,计算得到PTFE对1.5μm粒径和100μm粒径Al颗粒的平均包覆厚度分别为0.066μm和29.491μm。(2)基于一维应力波理论确定了试件尺寸、压杆与波形整形器的材料和尺寸。在4000/s应变率的加载下分别对不同试件进行了SHPB实验测试,得到1.5μm粒径和100μm粒径Al颗粒试件的动态压缩强度分别为40MPa和47MPa,确定了Al/PTFE试件在动态压缩过程中经历压缩-屈服-卸载-增强的规律。(3)基于Ames的准密闭容器实验构建了冲击反应释能实验系统,将活性弹丸冲击准密闭容器的初始动能与冲击反应释能分配为容器内气体产物、喷射气体产物、容器壁、未反应碎片4个子系统能量,确定了各子系统能量的理论计算和实验测试方法。(4)开展了不同加载速度条件和不同Al粒径的Al/PTFE弹丸撞击实验,得到1.5μm粒径Al弹丸在500、450和400m/s的速度加载下和100μm粒径Al弹丸在500m/s的速度加载下的单位质量反应释能,分别为3.604kJ/g、2.936kJ/g、2.931kJ/g和0.983kJ/g。通过简化的微观反应模型确定了500m/s速度加载下Al颗粒的反应深度约为5μm。