为获得球形化高氯酸铵(AP),利用重力法测试了AP在水中的溶解度,采用Vant't Hoff方程和Apelblat方程对溶解度数据进行拟合,建立溶解度模型; 采用冷却结晶法制备了球形化AP晶体,分析了结晶液初始质量分数、搅拌速率、降温速率及养晶时间对产品形貌及粒度分布的影响; 分别对非球形AP原料和球形化AP样品进行了吸湿性能、松散堆积密度、流散性、热稳定性的表征。结果表明,AP在水中的溶解度随着温度的升高而增加,Apelblat方程和Vant't Hoff方程的R²接近于1,且MAPD均小于3%; 最佳冷却结晶工艺为:搅拌速率为230r/min,结晶液初始质量分数为35%,降温速率为0.5℃/min,养晶时间为3h; 球形化AP样品的吸湿性能、松散堆积密度、流散性、热稳定性相比于非球形AP原料有明显改善。

为了制备出粒径均匀且分散性较好的纳米FOX-7,采用液氮超低温重结晶法在不同溶剂条件下制备了纳米FOX-7; 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的性能进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,所制备的纳米FOX-7的平均晶粒度为30nm左右,颗粒平均粒径均在100～200nm之间; 与原料FOX-7相比,其高低温分解放热峰之间的温度范围变窄,能量释放效率及分解放热焓有较大提高,撞击感度和摩擦感度明显降低。不同溶剂由于其溶解度和极性的不同,所制备样品的颗粒粒径有所不同,溶解度与极性越大,所制备的颗粒粒径越小、热性能越好、感度更低。当溶剂为N-甲基吡咯烷酮时,所制备的纳米FOX-7的颗粒粒径在100nm以下占比为18%,初始分解峰温提高了11.8℃,分解放热焓提高了19%,特性落高从87.2cm提高至138.2cm,摩擦感度从216N提高至360N。

为改善4H,8H-双呋咱并[3,4-b:3',4'-e]吡嗪(DFP)结构存在的酸性问题,以DFP和有机胺为原料,合成了DFP的氨基胍盐(DAGDFP)、氨基脲盐(DSDFP)、1,3-二氨基胍盐(DBAGDFP)、脒基脲盐(DGUDFP)、胍盐(DGDFP)、缩二胍盐(DBGDFP)、三氨基胍盐(DTAGDFP)等7种有机双胺盐化合物; 通过核磁共振谱、红外光谱和元素分析对其结构进行了表征; 采用DSC和TG法分析了目标化合物的热性能; 采用BAM标准方法测试了机械感度; 通过Kamlet-Jacobs方程和最小自由能法分别计算了DFP双胺盐的爆轰参数和单元推进剂的燃烧性能。结果表明,DFP双胺盐热稳定性良好,撞击感度均大于40J,摩擦感度均大于360N,为钝感含能离子盐; DSDFP热分解温度为273.4℃,理论爆速为7891m/s,爆压为27.07GPa,比冲为2352N·s/kg,特征速度为1462.9m/s,爆轰性能优于TNT,比冲和特征速度较偶氮四唑胍盐(GZT)大幅提高,有望应用于气体发生剂和固体推进剂等。

为了减小AN的粒径,采用超低温喷射冻干法制备了纳米AN; 采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和X光电子能谱(XPS)对样品进行了表征; 采用差示扫描量热法(DSC)和热重-质谱(TG-MS)分析了其热分解性能; 测试了纳米AN的机械感度和热感度,并与原料AN进行了对比。结果表明,制备出的纳米AN微观形貌呈类球形,粒径小于100nm; 其分子结构、表面元素和晶相与原料AN一致; 纳米AN的热分解活化能为92.11kJ/mol,较原料AN仅下降了5.43kJ/mol,说明纳米化后其热稳定性基本不变; 纳米AN热分解的产物为NH₃、H₂O和N₂O,与原料AN基本一致; 纳米AN对机械作用非常钝感,10kg落球下特性落高(H₅₀)大于110cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为16%; 但纳米AN热感度低于原料AN,其5s爆发点(T_5s)为277℃,而原料AN的T_5s为266℃。

以3,4-双(4'-硝基呋咱-3'-基)氧化呋咱和羟胺为原料,发现了高密度七元环化合物7H-双呋咱并[3,4-b:3',4'-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氮杂环庚三烯(HATF)的一种新合成方法,提出并阐明了分子内环化与羟胺还原的反应机理; 利用红外光谱、核磁共振、元素分析对产物结构进行了表征,结合理论模拟,完成了¹³C NMR和¹⁵N NMR谱的归属研究; 成功培养了适合单晶X-射线衍射分析的HATF单晶,利用EXPLO5软件预估了HATF的理论爆速(D)和爆压(p), 采用差示扫描量热技术(DSC)研究了HATF的热分解过程。结果表明,HATF属于单斜晶系,空间群为P2₁2₁2₁,a=5.991(7)Å, b=10.270(12)Å, c=13.192(15)Å, V=811.7(17)ų, Z=4, ρ=1.924g/cm³, F(0 0 0)=472, μ=0.166mm^-1, S=1.032, R₁=0.0404,wR₂=0.0854; HATF的理论爆速和爆压分别为8541m/s和31.4GPa,能量水平与RDX相当。HATF的转晶峰温为183℃,熔点为227.7℃,起始分解温度为271.5℃,表明HATF是一种密度大、热稳定性好、爆轰性能优异的高能量密度化合物。

为研究装药密度对3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)驱动性能的影响,采用不同的凝固工艺制备了两种密度的DNTF装药试样,并开展了Φ25mm圆筒试验,获得了圆筒壁膨胀位移与时间的关系,计算了爆轰产物在特定相对比容下的比动能及装药的格尼系数,并依据圆筒试验数据拟合了两种装药密度下DNTF爆炸产物的JWL状态方程。结果表明,常温常压凝固工艺条件下,DNTF装药密度仅为1.58g/cm³; 在80℃、0.6MPa工艺条件下,装药密度升至1.80g/cm³,较常温常压下提高了13.9%; 在装药密度为1.58g/cm³下,DNTF的格尼系数为2.97mm/μs,爆轰产物相对比容为7.0时的比动能为1.471kJ/g; 在装药密度为1.80g/cm³下,DNTF的格尼系数增至3.03mm/μs,爆轰产物比动能增至1.716kJ/g,分别较常温常压下提高了2%和16.7%。表明DNTF装药密度的提升不仅能够显著提升单位体积装药的驱动性能,也有利于单位质量装药驱动性能的进一步增强。

为了提高纳米复合金属氧化物对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用,以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O和GO为前驱体,采用水热法制备了铁酸铋/石墨烯(BiFeO₃/rGO)纳米复合材料; 利用XRD、FT-IR、XPS、TGA、SEM和TEM等对所制备样品的结构、粒径及形貌进行了表征; 采用差热分析研究了不同添加量的BiFeO₃/rGO纳米复合材料对AP热分解过程的影响,分析了BiFeO₃/rGO对AP热分解的催化机理及其对AP热分解动力学的影响。结果表明,rGO的引入有效阻止了纳米BiFeO₃颗粒的团聚,大大增加了比表面积; 当BiFeO₃/rGO纳米复合材料的质量分数为4%时,AP的高温分解峰降低最多,达167℃,表观分解热增加了1631J/g,达2518J/g,表观活化能从172.07kJ/mol降低至128.35kJ/mol,表明所制备的BiFeO₃/rGO纳米复合材料能有效催化AP的热分解。

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用机械混合法和重结晶法分别制备了CL-20/TATB混合物; 通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、感度测试仪对其形貌、晶型、热稳定性、机械感度进行测试分析。结果表明,机械混合后CL-20表面无明显包覆物,而重结晶混合粒子表面有一层致密的黄色薄膜,同时两种混合物中CL-20的晶型仍为ε型,未发生晶型转变; 两种混合物的热分解表观活化能较原料CL-20分别提高了17.3、117.36kJ/mol,热爆炸临界温度分别提高了0.12、3.8℃,重结晶混合粒子的热稳定性明显提高; 两种混合物的撞击感度(H₅₀)较原料CL-20分别提高了10.4、54.5cm,摩擦感度的临界载荷分别提高了80、60N,表明重结晶混合粒子的机械感度显著降低。

为研究气体环境、铝粉含量、空间体积对温压炸药能量释放的影响,基于气固两相反应流模型,建立有限差分-物质点耦合算法,对温压炸药密闭容器内爆炸流场演化进行数值模拟及实验验证。结果表明,温压炸药在空气环境中爆炸释放的能量高于氮气中,壁面冲击波峰值压力和空间准静态压力的增幅分别在20%和80%以上,空间准静态压力随空间体积的增大呈先增大后减小的趋势; 铝粉含量越高,冲击波在传播过程中衰减得越慢,空间准静态压力越高; 铝粉燃烧反应度随空间体积的增加而下降,当比空间体积超过100m³/kg时,反应度下降到90%以下,且铅粉含量越高,其反应程度越低。

为研究高品质RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)中的溶解及反复熔融特性,采用高效液相色谱法研究了高品质RDX在DNAN中的溶解度及影响因素; 通过工艺试验研究了DNAN/高品质RDX熔铸炸药在反复熔融后的不可逆增稠特性; 运用热台显微装置研究了高品质RDX在DNAN中的溶解及析出过程,并与普通RDX(3类)进行了对比。结果表明,随着高品质RDX粒度的增大,其在DNAN中的溶解度逐渐减小,呈近似线性关系; 高品质RDX在DNAN中的溶解度随温度升高而增大,115℃时高品质RDX(d₅₀=470μm)在DNAN中的最大溶解度达到8.87g/100g,在不同温度下溶解度均小于普通RDX; DNAN/高品质RDX配方在反复熔融后的不可逆增稠程度小于DNAN/普通RDX配方; 高品质RDX在DNAN中的溶解首先从晶粒的不规则外沿和晶体凹陷区域开始,溶解速率受颗粒尺寸及不规则程度影响,且明显慢于普通RDX; 析出存在两种方式且析出后形状呈不规则变化。

为了研究分子结构对称方式对含能化合物性能的影响,分别以平面结构分子乙烯、苯、萘、吡嗪并[2,3-b]吡嗪为主体骨架结构,硝基为能量修饰基团,氨基为安全修饰基团,构建两组分别具有轴对称和中心对称结构的含能化合物。采用密度泛函理论,在B3PW91/6-31G(d,p)级别下,对目标化合物进行了系统的研究计算。结果表明:轴对称结构含能化合物分子结构更稳定,能隙和键离解能均高于中心对称结构含能化合物; 轴对称结构含能化合物具有更高的密度,中心对称结构含能化合物生成焓更高,两种对称方式结构目标化合物爆轰性能极为接近; 最后分别在分子和晶体层面对产生该规律的原因进行了相关解释。轴对称结构含能化合物的设计策略对于开发新型高能量密度化合物具有一定的理论价值。

为研究钽球缺药型罩毁伤元成型规律,通过爆轰波碰撞理论和马赫高度计算模型分析了起爆半径对毁伤元成型的马赫超压和马赫高度的影响; 利用LS-DYNA有限元程序研究了钽球缺药型罩结构参数(内曲率半径、外曲率半径、罩壁厚)对毁伤元成型的影响。结果表明,中心单点起爆可以形成EFP,环起爆半径为0.8倍装药半径可形成杆式EFP; 毁伤元速度和密实度与药型罩内曲率半径呈正相关,与药型罩外曲率半径和药型罩壁厚呈负相关,毁伤元长径比与药型罩内外曲率半径以及壁厚呈负相关; 在药型罩内曲率半径R₁和外曲率半径R₂关系为1.04< R₂/R₁<1.08,药型罩壁厚在0.036～0.040倍装药直径的条件下,可形成两种模式的较优侵彻体,杆式EFP对45^#钢靶的侵彻深度比EFP提高了71.9%。

为验证增材制造技术在周向MEFP战斗部领域应用的可行性,利用激光选区熔化(SLM)3D打印技术制备了以316L不锈钢为材料的壳-罩一体式周向MEFP战斗部,并开展了仿真和静爆试验研究。结果表明,3D打印316L不锈钢壳体在起爆后可以形成独立的多EFP毁伤元,其速度在1848～2112m/s之间,并能够在1.68m范围内保持完整的形态; 受EFP自身速度梯度和药型罩材料延展率低的影响,多EFP毁伤元在2.7m范围外会出现不同程度的破碎; 增材制造技术为周向MEFP战斗部的研究和制备提供了一种可行的途径,其打印精度完全能够满足战斗部设计需求,具有十分可观的应用前景。

为掌握金属平板结构在近距爆炸载荷下的毁伤特性,以四边固支矩形钢板为对象,开展了柱形TNT装药近距爆炸毁伤试验,根据试验结果划分了钢板的3种毁伤模式:塑性大变形毁伤、临界起裂毁伤和花瓣状破口毁伤,建立了不同毁伤模式下的理论计算和数值模型,并分析了药量、爆距及钢板厚度对其近距爆炸毁伤特性的影响。结果表明,钢板的塑性最大变形随装药质量增加而增加,随爆距增加而减小; 钢板的临界起裂毁伤形式为平行于长边的Ⅰ字形裂纹; 爆距保持不变时,钢板的最大破口毁伤直径与药量为正相关,2000g药量时的最大破口直径为1000g药量时的1.18倍; 相同药量时,随着爆距的增加,钢板最大破口直径呈先增大后减小的趋势,药量为500g和1000g时,最佳毁伤爆距分别为4cm和5cm。

为了探究水力输送条件下含硝胺改性双基推进剂药粒的快速安全烘干工艺条件,对水力输送过程不同停留时间的推进剂药粒进行吸水率分布测试并开展了烘干实验,采用热分析仪、摩擦及撞击感度仪、扫描电镜分别测试分析了推进剂药粒在水力输送前后的热分解特性、感度特性和微观形貌。结果表明,在2min的水力输送停留时间下,推进剂药粒基本达到饱和吸水量(约10%),随着停留时间(2、5、10min)的延长,水力输送下推进剂药粒的吸水量略有增加,但整体变化不大,均在10%～11%之间; 水力输送前推进剂药粒在不同温度下(80、110、140℃)的恒温热重曲线表明,推进剂药粒适合的烘干温度为80℃; 对比水力输送后推进剂药粒在80 ℃下的水浴烘干和鼓风烘干过程,鼓风烘干过程中推进剂湿药粒和热风存在更大的热交换,可以在更短的时间(23min)内达到烘干状态,避免推进剂药粒需要干燥而长期暴露于高温条件; 水力输送前后推进剂药粒的感度和微观结构均无明显变化; 表明水力输送条件下含硝胺改性双基推进剂药粒的饱和吸湿量约10%,采用鼓风对流传热方式,在80 ℃条件下可实现推进剂药粒的快速安全烘干。

为了阐明黏合剂结构对推进剂力学性能的影响,采用动态力学和单项拉伸试验方法,研究了几种典型聚酯聚醚黏合剂结构对推进剂力学性能的影响。结果表明,在不含增塑剂情况下,聚四氢呋喃(PTHF)胶片具有更高的伸长率,聚己内酯-四氢呋喃嵌段聚酯醚(HTCE)和聚己内酯(PCL)具有更高的强度; PCL、HTCE和PTHF胶片的储能模量(E')和损耗模量(E″)依次降低,其玻璃化转变温度(T_g)分别为-43.94、-61.99和-66.98℃。增塑剂降低了链段解冻运动过程中的内耗阻力,使胶片的玻璃化温度大幅降低,PTHF、PCL和HTCE的T_g分别为-67.66、-72.27和-77.10℃,PCL的储能模量和损耗模量最高,PTHF储能模量大于HTCE、HTCE和PCL胶片的力学性能优于PTHF。推进剂的T_g由高到低顺序为PTHF、PCL、HTCE,分别为-55.27、-56.16和-57.91℃; PTHF的储能模量最大,在低温下抗冲击性能和韧性最差; HTCE推进剂的储能模量和损耗模量最低,黏合剂体系的弹性较好、损耗较低; PCL的储能模量、损耗模量和内耗峰面积均较高,在宽温度范围内的刚性和冲击韧性较好。

为了研究高能发射药膛内燃烧规律,通过半溶剂法制备了一种火药力高达1240J/g的新型高能叠氮硝胺发射药(ADR),采用高压密闭爆发器和30mm高压模拟试验装置,分别研究了不同温度下ADR发射药定容高压燃烧性能和装填密度、温度以及石墨光泽处理对ADR发射药膛内高压燃烧稳定性的影响。结果表明,不同温度条件下(-40、20和50 ℃)ADR发射药静态及动态燃烧性能稳定性良好,燃烧过程无异常; 随着温度的增加,ADR发射药点火性能提高,增加了膛内燃烧稳定性; 装填密度0.48～0.64g/cm³范围内,随着装填密度的增加,ADR发射药膛内压力波强度逐渐增加,但增长幅度减小; 对发射药进行石墨光泽处理,增加了ADR发射药起始缓燃效果,使不同温度下膛内压力波强度明显降低; 与RGD7发射药相比,ADR发射药火药力较高,爆温较低,发射装药膛内高压燃烧稳定性相当,在高膛压环境中应用前景较好。

为研究包覆方式对片状发射药燃烧性能的影响,建立了不同包覆方式下多层片状发射药的物理模型,并推导了形状函数和燃气生成猛度表达式,利用Matlab软件对不同的宽厚比、长厚比及多层结构的片状发射药进行了数值计算; 制备了不同长厚比的片状变燃速发射药,并进行了密闭爆发器实验。结果表明,四面包覆和全包覆可以很好地消除临界宽厚比对片状发射药燃烧性能的影响; 与两面包覆的片状发射药相比,四面包覆和全包覆的片状发射药能够延缓内层药减面燃烧的时间,其燃气生成猛度的阶跃程度分别提高了1.17%和1.23%,呈现出良好的燃烧渐增性。

以含能基团为区分,综述了固体推进剂含能燃烧催化剂近年来的研究现状,总结了唑类、吖嗪类、二茂铁类、蒽醌类、石墨烯类及硝基类含能燃烧催化剂对固体推进剂及其主要组分的催化燃烧作用及催化机制。指出唑类和吖嗪类部分化合物对固体推进剂催化效果优异; 二茂铁及衍生物含能化兼具提升能量和改善迁移; 蒽醌类等新型含能催化剂也各有优势; 含氮量越高,对催化剂体系能力贡献越大,可通过在氮杂环上引入硝基等含能基团以提高氮含量并改善催化剂的性能。指出今后含能燃烧催化剂的研究重点为:进一步开展多功能、多金属含能燃烧催化剂的设计及机理探索; 同时加强含能燃烧催化剂对其他含能材料热分解的催化作用及在固体推进剂中的应用研究。附参数文献89篇。

综述了苯环类、氮杂环类、氮氧杂环类、烷烃类及含能离子盐类低熔点含能化合物的国内外研究现状、合成方法、物理化学性质与爆轰性能,并分析了其性能优劣及实际应用所面临的问题等,对比不同分子主体结构和官能团对化合物性能的影响,探索今后含能材料的重点研究方向以便设计出更好的低熔点化合物,更好地满足熔铸炸药应用要求。 指出DFTNAN、DNP、DNBF、BOO、BODN、TNTON等化合物性能优良,可以作为取代TNT作为新型熔铸炸药载体; 可以尝试以四唑为基础原料,引入不同性能优良的基团,如:—N₃、—F、—ONO₂、—NHNO₂等, 设计新型低熔点含能化合物。附

A theoretical and experimental study of the thermal decomposition of nitroguanidine(NQ)has been carried out. Various thermolysis channels were studied by quantum chemistry methods at the CCSD(or DLPNO-CCSD)level using the aug-cc-pVDZ basis set. It is shown that the lowest activation enthalpies(170—180kJ/mol)are characteristic of the reactions of NO₂ abstraction from the initial NQ and the reaction channel with the transfer of oxygen from the nitro group to carbon in the limiting stage. Additionally, the thermolysis of NQ was studied experimentally in a nonisothermal mode with heating rates from 1 to 10K/min. In these experiments, the weight loss of the sample, thermal effects, and mass spectra of the products were recorded. An analysis of the experimental data confirmed the results of a theoretical study of the mechanism of thermal decomposition of NQ. The main thermolysis products are N₂O, HNCO, NH₃, and NO₂, which fully corresponds to quantum chemical calculations.

A family of ethylene-bridged energetic compounds containing 4-amino-3,5-dinitropyrazolated moiety and diverse explosophore groups were designed and synthesized by using 4-bromo-3,5-dinitropyrazole as raw material. The structures were characterized by NMR and single crystal X-ray diffraction. Their thermal decomposition properties were measured and detonation performances were predicted by Gaussian 09 program and EXPLO5 software. The results show that these new energetic compounds exhibit good thermal stability with thermal decomposition temperature ranging from 167.3℃ to 294.1℃, and low mechanical sensitivities with impact sensitivity not less than18J and friction sensitivity not less than 240N. The theoretical detonation velocity and detonation pressure are ranging from 7939 to 8448m/s and 25.0GPa to 30.8GPa, respectively.