为同时提高纳米Al粉的抗氧化性能及反应活性,采用静电喷雾法成功制备了不同聚偏氟乙烯(PVDF)含量的Al/PVDF复合含能微球; 通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪及全自动物理吸附分析仪对所得含能微球的形貌、组分及结构进行表征,利用同步热分析仪、高速摄影仪及光电信号探测器对所得微球的热性能和燃烧性能进行研究。结果表明,所得Al/PVDF含能微球的形貌规整,粒径分布在2.5～4.5μm之间,且随着PVDF质量分数从1%增至15%,微球的两个氧化过程的放热峰峰温分别从625.3℃增至639.5℃、从823.5℃增至861.3℃,放热量从6.9kJ/g提高至11.3kJ/g,点火延迟时间从724ms降至374ms,燃烧更剧烈。说明PVDF的引入,不仅可以提高纳米Al粉的抗氧化性能,而且可激活纳米Al粉的反应活性,使其反应性能大大提升。

无

以国际公认理论完美的维里(VIRIAL)状态方程为基础,建立了VLW炸药爆轰产物状态方程,简述了VLW炸药爆轰产物状态方程的形成背景,呈现了VLW方程的推导过程; 应用VLW方程计算了军用高能炸药、民用工业炸药、凝聚相炸药、气相燃料空气炸药的爆轰性能参数,以及火箭推进燃烧性能参数,推导了爆轰产物的热力学函数(内能、熵、化学位等)。结果表明,应用VLW方程计算的参数结果准确合理; 成功解决了高温下(T^*>20)高级维里系数计算难题,准确表达了爆轰条件下的维里方程属性。

为了将TMETN应用于浇铸改性双基推进剂中以降低推进剂感度，利用数学模拟和实验方法研究了TMETN及其他增塑剂对NC的增塑作用。采用Material Studio 7.0软件计算了不同增塑剂与NC之间的相互作用，并通过含不同增塑剂的推进剂固化反应、力学性能以及机械感度等测试结果进行验证。 结果发现，虽然TMETN能够使推进剂特性落高H₅₀达到58.6cm以上，摩擦感度降低至40%以下，但是TMETN含量超过一定值后，推进剂无法完成塑化，只能通过添加NG等作为辅助增塑剂或者改善工艺性能，这与对NC塑化效果顺序为NG＞NG/BTTN＞TMETN的理论计算结果一致。

总结了气体环境中金属丝电爆炸的电流电压波形特征,分析了电爆炸过程中的演化图像和等离子体参数; 讨论了纳米颗粒的形成机理,归纳了金属丝电爆炸在制备合金纳米颗粒、金属化合物纳米颗粒的研究; 并介绍了基于金属丝电爆炸法的纳米粉体量产装置的进展,最后指出研究面临的挑战和未来发展方向,需要进一步建立金属丝电爆炸特性的高通量数据库,加强对合金纳米颗粒形成机理的研究,并且优化电爆炸法纳米粉体生产装置的工艺参数。

综述了含能材料合成中的氮链扩增化学反应方法，总结了氮卤键的叠氮化取代、叠氮离子的电催化氧化、伯胺重氮转移、二氮烯的二聚、N氨基化及硝化、氨基氧化偶联、氨基重氮偶联等共性反应，介绍了典型氮链扩增反应的机理。重点讨论了N5+、\[N7O]+、N8等离子型氮链，以及具有N3/N4/N5/N6/N7/N8/N10/N11链等全氮片段的有机化合物的结构演进过程，提出了N7、N10、N12长氮链化合物的可能合成路线，最后提出了该领域后续发展的趋势和建议。附参考文献65篇。

为了解3,4-二硝基吡唑(DNP)/HMX悬浮液在不同影响因素下的流变行为,采用Brookfield R/S Plus流变仪对其流变性能进行测试,分析了HMX含量、粒度、颗粒级配、体系温度以及不同添加剂对悬浮液流变性能的影响。结果表明,DNP单质为牛顿流体,表观黏度约为16.4mPa·s,比TNT高82%,比DNAN高140%; 同一剪切速率下,DNP/HMX悬浮液表观黏度随固含量的增加而增加,当HMX质量分数为30%时,悬浮液近似牛顿流体; HMX质量分数高于30%时,表观黏度随剪切速率的增加呈指数型下降的趋势愈发明显; 悬浮液表观黏度随颗粒粒径的增大和温度的增加而降低,当温度从95℃升到105℃时,黏流活化能(E)从29211J/mol增至38458J/mol; 固含量为60%时,平均粒径(d₅₀)分别为16.6μm和575.6μm的HMX颗粒的最佳质量比为1:5,此时悬浮液表观黏度最小。N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)降低了悬浮液的表观黏度,乙酸丁酸纤维素(CAB)和微晶蜡-80(MV80)增加了悬浮液的表观黏度。

为了研究负压环境对炸药爆炸冲击波的影响,在自制可调真空度爆炸容器中进行负压爆炸实验,采用PCB压力传感器测量罐体轴线固定位置点的冲击波超压,分析了在0、-20、-40、-60、-80、-90、-99kPa等不同负压环境下罐体内测点爆炸冲击波反射超压时程曲线。结果表明,爆炸环境负压降低,测点一次、二次冲击波峰值超压随之降低,在-40kPa和-99kPa负压环境下超压降低显著; 爆炸冲击波速度大小与传播介质密度相关,即环境负压越低,气体越稀薄,冲击波传播速度越快; 爆炸冲击波速度随环境负压降低而升高,与超压降低强度无相关性; 负压环境不改变容器内实验雷管爆炸的气体产物生成量; 在近似真空环境中,爆炸冲击波主要以爆轰产物为传播介质,冲击波速度提高受限于爆轰产物运动速度,强度弱,衰减迅速。

以2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇、叔丁胺及37%甲醛溶液为原料,通过缩合环化、硝化和NaBH₄(或KI)作用下的C-Br选择性还原切断反应获得了含能化合物1,3,5-三硝基六氢嘧啶(TNHP),总收率33%(或21.11%)。通过红外、核磁、元素分析及质谱技术对TNHP及其合成中间体的结构进行了表征; 通过X射线单晶衍射分析制备并测定了TNHP的单晶结构,同时以实验和理论方法进一步研究了其物理化学和爆轰性能。结果表明,TNHP在单斜晶系中以P2_(1)/c的空间群结晶排列,晶体密度为1.787g/cm³。其热分解温度为150.6℃,计算生成焓、爆速和撞击感度分别为-50.49kJ/mol、8388m/s和22.5J,显示了其在炸药领域的潜在应用前景。

为研究间苯三酚法合成无氯TATB副产物对TATB性能的影响,采用柱层析法将TATB中含有的微量副产物进行了有效分离,结合红外光谱、质谱及核磁对分离得到的副产物进行定性分析; 通过差示扫描量热法、热失重法研究TATB及副产物的热分解性能; 基于密度泛函数理论计算了TATB及副产物的部分爆轰性能参数。结果表明,TATB中含有的副产物为1-氨基-3,5-二乙氧基-2,4,6-三硝基苯(AETB)和1,3-二氨基-5-乙氧基-2,4,6-三硝基苯(EDATB); 副产物的热分解性能与TATB间存在一定差异,TATB及副产物均只有一个热失重过程,但副产物失重过程的起始温度及速率远低于TATB; 在相同升温速率下,AETB和EDATB的放热分解峰温分别比TATB低109.2℃和121.4℃; TATB仅在较高温度下存在一个放热分解的过程,副产物EDATB和AETB在较低温度下均存在明显的吸热熔化现象,温度继续上升到一定值后逐渐发生放热分解,副产物的热安定性远低于TATB; 由密度泛函理论计算获得副产物的爆热值与TATB十分接近,但是密度、爆速及爆压值均低于TATB。

为了解叠氮黏合剂/非异氰酸酯固化体系的反应动力学和固化终点,通过非等温与等温微量热法,利用Kissinger方程和Crane方程研究了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)与非异氰酸酯固化剂-丁二酸二丙炔醇酯(BPS)黏结体系的固化过程。结果表明, —C≡C—与—N₃摩尔比为1时, GAP/BPS黏结体系固化反应放热量最大; 固化反应的表观活化能为80.33kJ/mol,指前因子为10^8.42s^-1,反应级数为 0.94,固化反应热为-1357.69J/g; 拟合计算出了黏结体系的特征温度,凝胶温度为313.87K,固化温度为316.18K,后固化温度为338.55K; GAP/BPS黏结体系固化反应中存在自催化现象; 拟合出黏结体系完全固化时间与温度之间的函数关系为y=4.13×10¹⁰e^{-0.064 41x}+5.029。

为了研究粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响,制备了粒径分别为400nm和4μm的 CL-20样品,以及7种不同粒度级配的CL-20基炸药油墨; 采用博勒飞(CPS)流变仪对炸药油墨进行了黏度测试,得到了相应的流变数据,并计算出非牛顿指数、屈服值和触变指数。结果表明,炸药颗粒的粒度级配对炸药油墨的流变性能有着十分明显的影响; 随着粒径为4μm的CL-20含量的增多,炸药油墨表观黏度出现先减小后增大的现象; 同时,非牛顿指数出现先增大后减小的现象,屈服值和触变指数总体上呈现先减小后增大的现象; 当炸药油墨中粒径分别为400nm和4μm的CL-20质量比为1:2时,炸药油墨的非牛顿指数为最大值0.41,屈服值和触变指数均达到最小值,分别为26.73和8.74,表明在该粒度级配条件下,炸药油墨具有更好的流变性能。

为了满足高聚物黏结炸药(PBX)内部拉伸应力测试的需要,利用液压致裂法和孔边应力状态修正实验,建立了基于液压致裂法的PBX炸药内部拉伸应力测试方法。为验证测试方法的有效性,采用材料万能试验机模拟构件内部拉伸应力,结合自主搭建的PBX液压致裂测试平台,开展了不同拉伸应力下的液压致裂应力测试实验。结果表明,直接利用液压致裂法能定性描述PBX炸药的内部拉伸应力,测试结果与预加拉伸应力有较好的相关性(相关系数为98.90%),但不能定量描述; 通过对带孔试样进行单轴拉伸实验,获得孔边有效应力集中系数,对液压致裂法的孔边应力状态进行修正,修正后的应力值与预加应力吻合较好,平均相对误差10.67%。建立的测试方法不受测试深度限制,理论上可以测出拉伸应力的大小和方向,是一种基于液压致裂法的PBX炸药内部拉伸应力定量测试方法。

为了更好地认识和了解CL-20晶体结构演变规律和相变行为,利用金刚石对顶砧超高压实验技术,在0～50GPa下,研究了高压下ε-CL-20的原位拉曼光谱和红外光谱。结果表明,CL-20晶体在整个加压过程中存在两个相变,第一个相变发生在4.2～7.5GPa,认为是ε相到对称性更低的γ相转变,相变产生的原因是在压强的作用下,笼环外的硝基方向发生改变,电子云密度重置导致的分子构型转变; 第二个相变发生在14.2～18.9GPa,属于γ相到ζ相的晶体结构转变; 卸压后,拉曼和红外光谱恢复常压状态,表明CL-20晶体在研究压强范围内的相变过程是可逆的。

为了提高炸药粉末的压制成型质量,采用将炸药粉末视为连续体的建模方法,利用Shima-Oyane材料模型,以Φ26mm×22mm的JO-9159炸药药柱为例,采用高级非线性Msc.Marc建立了粉末压制过程仿真模型,分析了不同位置粉末位移及相对密度变化规律,研究了压制速率、初始密度对炸药粉末成型后相对密度及回弹量的影响。结果表明,Shima-Oyane材料模型可以较好地模拟粉末压制成型过程; 炸药粉末流动的方向主要为轴向流动,与模具接触区域流动相对缓慢; 压制速率以及初始密度影响炸药粉末成型后的质量,初始相对密度的提高有助于提高炸药粉末成型后的质量; 压制速率在230～250mm/s时,粉末成型后相对密度较为均匀、回弹量较小,即粉末成型质量较好。

为研究亚大气压下高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的燃烧特性,采用三步反应动力学机理,建立二维三明治模型,耦合气固两相; 对20～80kPa下AP/HTPB的微尺度燃烧进行模拟,并与高压下(4MPa)AP/HTPB燃烧特性差异进行对比。结果表明,亚大气压下BDP模型中第一步反应靠近燃面,放热量较大,在AP/HTPB推进剂燃烧过程中占主导地位; 燃烧环境压强不同,导致火焰的特性不同,亚大气压下火焰中扩散与混合过程共存,高压下为扩散火焰; 相比于高压,亚大气压火焰离燃面远,面积大; 由于高低压下放热区域及放热率差异导致气固相温度分布不同,从而影响燃面形状,亚大气压下AP与HTPB交界处相对于整个燃面突出,而高压下交界处相对于整个燃面凹陷。

为研究还原型锡酸铅粒度对Al/HMX/CMDB推进剂燃烧性能及安定性的影响,采用干筛法筛选6种不同粒度的还原型锡酸铅,制备了含不同粒度还原型锡酸铅体系的推进剂; 通过燃速靶线试验、甲基紫试验与热加速老化试验得到推进剂的燃速、压强指数、甲基紫变色时间和贮存寿命。结果表明,随还原型锡酸铅粒径由7.0μm减至2.5μm,Pb²⁺及SnO₂的催化活性逐渐增大,活化中心愈多,该体系推进剂在15～20MPa范围内的燃速逐渐增加, 压强指数由0.30减至0.17; 同时还原型锡酸铅粒度的减小加速了该体系推进剂的自催化作用,造成其安定性下降,当还原型锡酸铅的粒径为2.5～3.5μm时,推进剂的安定性显著降低 。

为改善高氯酸铵(AP)的性能,从而改善复合固体推进剂的燃烧性能,采用AP辅助的金属有机骨架结构(MOF)热分解法合成纳米ZnO立方体催化剂(n-ZnO/cube); 采用XRD、FESEM、TEM等对其形貌进行了表征,分析了其比表面积和孔径分布; 采用TG-DTA分析了其对AP热分解的影响; 将其加入到HTPE推进剂中,测试了其对推进剂工艺性能、安全性能、力学性能及燃烧性能的影响。结果表明,n-ZnO/cube催化剂具有大的比表面积(70.5m²/g)和大量的孔道结构,将AP热分解的高温分解峰从413℃降至279℃,放热量从584J/g增至1520J/g,分解活化能从151.1kJ/mol降至65.3kJ/mol; 将质量分数2%的n-ZnO/cube加入到HTPE推进剂中,推进剂的燃速(20℃,6.86MPa)从12.01mm/s提高到16.16mm/s,工艺性能、安全性能、力学性能、燃速压强指数(0.42,20℃,3～16MPa)、燃速温度敏感系数(2.02×10^-3℃^-1,-55～70℃,6.86MPa)均未受到明显影响,表明纳米ZnO立方体结构对AP热分解表现出良好的催化性能,是HTPE推进剂的一种具有潜力的燃烧调节剂。

为改善以黑索金(RDX)为含能组分、二醋酸纤维素(CA)为黏结剂的可燃壳体的力学性能,在此基础配方上添加适量碳纤维(CF),然后通过超临界二氧化碳(SC-CO₂)发泡技术制备了微孔可燃壳体; 采用扫描电子显微镜和落锤冲击试验机,分别研究了发泡前后可燃壳体的断面形貌和力学性能。结果表明,添加适量的CF,可提高可燃壳体的冲击强度,且冲击强度随着CF添加量的增大而增大; 当CF的质量分数为1.0% 时,未发泡可燃壳体的力学性能最优,冲击强度由5.11kJ/m²提高到8.20kJ/m²,增幅达60.47%; 增大饱和压力、发泡温度和发泡时间都能够增大泡孔直径,但发泡温度高于130℃会导致泡孔合并; 发泡将降低壳体的力学性能,但采用受限发泡制得的可燃壳体的冲击强度优于自由发泡法,当发泡时间为180s时,受限发泡的冲击强度由自由发泡时的5.93kJ/m²升至6.34kJ/m²。

为预估轻武器用钝感发射药在贮存过程中,因钝感剂迁移导致弹道性能变化而引起功能失效的问题,采用Fick第二定律和扩散系数与扩散活化能的关系,以发射药钝感层结构相同、其内弹道性能相同为前提,建立了轻武器用钝感发射药功能失效阈值预估方法。应用该方法,采用3种配方钝感发射药分别在75℃和85℃下长贮,计算出各发射药钝感剂药的扩散活化能,并以75℃为基准预测了3种配方钝感发射药65℃长贮下的膛压功能失效阈值,同时在65℃下对发射药进行长贮,通过内弹道试验实测出发射药在65℃长贮下膛压功能失效阈值。结果表明,应用该方法预估发射药膛压功能失效阈值与实测值偏差分别为10.3%、2.9%、7.9%。同时以65、75、85℃下平均扩散活化能,计算出不同温度下发射药功能失效阈值,并对3种配方钝感发射药要满足常规弹药17年的贮存寿命要求的最高贮存温度提出了要求。

为改善纳米铝粉的燃烧放热性能,采用静电喷雾法制备了n-Al@PVDF(聚偏氟乙烯)核壳结构复合材料,以最大燃烧压力(p_max)和升压速率(p_max/Δt)为评价指标,并利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了针头内径、推进速率、接收距离和外加电压4个条件对复合粒子形貌特征及燃烧性能的影响,并与机械混合法制备的样品进行了对比。结果表明,采用PVDF通过静电喷雾法对纳米铝粉进行改性,所制得的样品形貌规整,核壳结构清晰可见,其升压速率及压力峰值均高于机械混合法制备的样品,表现出更优的燃烧性能; 不同变量的影响程度也具有差异,外加电压对制备效果影响最大,而针头内径的影响相对最小; 在针头内径为0.60mm、推进速率为0.5mL/h、接收距离为8cm、外加电压为14kV的条件下制备的复合粒子形貌特征最规整,燃烧性能最优,燃烧最为完全,产物更倾向于生成稳定的α型Al₂O₃。

为了研究黏接界面细观损伤破坏过程,对其进行了原位拉伸试验,采用扫描电镜(SEM)对试验过程进行了观察,得到了拉伸过程黏接界面细观形貌演化过程SEM图像; 采用数字图像相关方法对SEM图像进行了处理,获得了黏接界面原位拉伸过程应变场演化规律。结果表明,黏接界面原位拉伸过程中,外界拉伸应变较小时,损伤主要位于推进剂/衬层界面处,推进剂内部损伤较小; 随外界拉伸应变的增大,推进剂内部颗粒脱湿使黏接界面损伤急剧增大,推进剂内部损伤区域不断扩展最终贯穿整个黏接界面是其主要失效模式; SEM与数字图像相关方法结合,可以有效地应用于黏接界面原位拉伸过程变形场的测量,为分析黏接界面细观损伤破坏过程提供了新的方法; 原位拉伸过程中,全场的应变随外界拉伸应变的增大而增大,其中ε_x远远大于ε_y和ε_xy; 外界拉伸应变从5%增至25%,x方向平均应变ε^-_x的极值位于衬层处,从0.07增至1.25; 外界拉伸应变从25%增加至28%,推进剂ε^-_x急剧增大,黏接界面失效时,推进剂ε^-_x约为1.85。