3.7 回收破片断口特征
前述研究表明，活性材料壳体厚度对空气冲击波的超压峰值和正压时间均有显著影响。
为了进一步研究活性材料壳体厚度与反应程度关系，回收了不同材料厚度的破片，用扫描电镜对收集的不同试样类似尺寸破片断面进行观察，并对破片尺寸进行统计，如图3.7.1和图3.7.2所示。其中，图3.7.1（a）～（c）为η从0.3增至0.66的2A12铝合金破片，图3.7.2（a）～（c）为η从0.3增至0.66的活性材料破片。利用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱（EDX）相结合的方法，观察不同样品中相似尺寸碎片的断口形貌和成分分布，并计算出碎片尺寸。其中，图3.7.1（a）～（c）显示了韧窝状花样，传统2A12铝合金材料破片断面表面总体呈现韧性断裂的断口特征，局部白色小颗粒和棱边成像质量不佳，说明该处存在非金属物质而导致导电率下降，可能是材料氧化物。图3.7.2（a）表面颗粒度为2～15μm的颗粒状、空泡状物质为金属在高温大气中的瞬间氧化产物，图3.7.2（b）～（c）表面龟裂厚膜状物质为金属在高温大气中的瞬间氧化产物，因为氧化物的导电性较差，在样品受SEM电子束轰击时会产生荷电效应，在表面突出局部产生放电现象，导致SEM局部成像质量不佳。
图3.7.1 传统2A12铝合金材料爆炸驱动下破片断面特征
图3.7.2 活性材料爆炸驱动下破片断面特征
根据EDX图谱分析的结果，六种试样爆炸后的典型破片平均含氧量分布如图3.7.3所示。平均含氧量是由X射线能谱（EDX）、面扫描（mapping）的方法实测出来的，分别选取爆炸驱动下活性材料与传统2A12铝合金材料破片中具有典型形貌特点的区域进行分析。在相同的测试条件下，可以进行量化分析，可以比较活性材料与铝合金对比材料外壳爆炸驱动下的反应程度。可以发现，η从0.3增至0.66时，传统2A12铝合金材料表面平均含氧量逐渐减低，活性材料表面平均含氧量先增加再降低，活性材料表面平均含氧量分别是传统2A12铝合金材料的4.75倍、12.49倍、24.8倍。回收活性材料破片断口表面平均氧含量相对于铝合金材料上升幅度随η的增大而明显增加，反应程度增加。这是因为随着壳体厚度增加，炸药爆炸后，壳体断裂形成破片的时间加长，即对活性材料爆轰加载时间延长，从而提高反应效率。
图3.7.3 不同种类破片平均含氧量分布
Grady基于Mott卸载波原理建立了壳体动态破碎理论，由能量守恒原理及动量守恒原理，可推导出壳体破碎能Ec为(https://www.daowen.com)
式中，ρs是不同材料壳体密度；sV为破片沿壳体环向的平均宽度。
平均应变率可由下式估算
式中，v0为破片初速。
不同材料破片质量分布见表3.7.1，Mm、Nn分别为回收到的破片质量、数量，mV为破片平均质量。对于活性材料破片；η值由0.3增至0.48时，破片平均尺寸由3.79mm减小至1.55mm；η值由0.48增至0.66时，破片平均尺寸增加至2.18 mm。此外，η值相同时，传统2A12铝合金材料回收的破片质量、尺寸、壳体破碎能均大于活性材料。η从0.3增至0.48时，传统2A12铝合金材料壳体破碎能的下降幅度较大，为64.2 kJ·m-2，而活性材料壳体破碎能的下降幅度较小，为24.58 kJ·m-2；η从0.48增至0.66时，传统2A12铝合金材料壳体破碎能的上升幅度增加，为11.53 kJ·m-2，而活性材料壳体破碎能的上升幅度明显减小，仅为1.67 kJ·m-2。这种差异可能与活性材料壳体厚度增大时，活性材料壳体反应释能程度有关。
表3.7.1 不同材料破片质量分布
试验结果表明，随着活性材料壳体壁厚的增加，破片尺寸先减小后增加，活性材料壳体反应释能程度先增加后减小，反应释能程度不会随着厚度的增加而显著增加。
