最近,西安近代化学研究所在民品开发研究中,成功地合成了XL-91系列新型炸药固体胶。试验表明,这种固体胶可作为添加剂直接加到熔融TNT中,迅速熔化并且均匀地分散开来,所成溶液流动性好。而以往试验过的高分子物质就不行,很难熔化,不是飘浮就是粘结成块。这种固体胶安定性好,在TNT溶液或在铸装药中对TNT的颜色无明显变化。当用在B炸药中,可以充发挥粘结性和钝感作用,能使铸装药具有一定的强度和韧性。可抑制TNT渗油试验发现,如果不加这种固体胶,铸装炸药用小锤一敲就脆裂开来,加入后就难以敲裂。用

为了研究铝粉含量对含铝炸药作功能力的影响，同时获得含铝炸药中铝粉的反应规律，对5种不同配方的炸药（RDX、RDX/Al、RDX/LiF）开展了Φ25 mm圆筒试验，利用光子多普勒测速技术（PDV）获得了圆筒的速度历程，在JWL状态方程的基础上提出了一种考虑铝粉二次反应速率的含铝炸药状态方程拟合方法。结果表明，对于粒径2 μm的铝粉，结合光子多普勒测速技术，Φ25 mm圆筒试验能够较好地表征铝粉的二次反应过程，铝粉反应的起始时间小于3 μs，铝粉在10~15 μs时间内已经反应完毕；新方法拟合得到的炸药状态方程较好地再现了圆筒膨胀过程，并能够对炸药中铝粉的反应情况进行半定量计算；3种铝粉含量的RDX/Al炸药中，质量分数15%的铝粉炸药作功能力最强；得出在炸药配方设计时，应综合考虑爆热和产物比容，单纯追求高爆热，不能获得最佳的毁伤效果。

针对当前含能材料无法满足高新武器装备对多模、异型、梯度渐变装药的迫切需求等问题,含能材料增材制造技术应运而生。首先介绍了增材制造技术的概念、基本原理和技术特点; 基于国内外相关研究工作,分别阐述了增材制造技术在火工品、发射药、固体推进剂、混合炸药和铝热剂方向上的应用进展情况; 进一步分析了当前该技术研究所面临的基础问题,如适配性配方设计、成型装置及软件开发、安全/质量在线监测等; 最后对其未来发展进行了展望,指出要以梯度结构-功能一体化设计思路为原点,发展智能化、跨尺度、极端条件下含能材料4D打印新机理,为威力可调、动力随控型武器装备的发展提供技术支撑。附

综述了目前应用较广泛的硝酸酯类增塑剂、硝氧乙基硝胺类增塑剂、偕二硝基类增塑剂3类含能钝感增塑剂在固体推进剂中的应用情况及对其性能的影响,并指出了今后含能钝感增塑剂研究的重点方向。指出含能钝感增塑剂优异的钝感性能和较高的能量使其作为硝化甘油(NG)的替代者,可以大幅度降低推进剂的机械感度,并且具有优异的热稳定性; 作为惰性增塑剂的替代者时,可以大幅度提高推进剂的能量,并能提高推进剂的燃速,可有效解决推进剂能量与钝感的矛盾。建议今后应加强以下方面研究:含能钝感增塑剂的钝感机理研究,用以提高推进剂的能量及不敏感性; 含能钝感增塑剂对固体推进剂塑化机理和增塑效能研究,以提高含新型高能钝感增塑剂的固体推进剂的力学性能。

Due to the properties and high reactivity of hydrazine, it is mainly used as rocket fuel not only in its pure form but also in combination with 1,1-dimethylhydrazine and oxidizers(nitrogen tetroxide or nitric acid)forming a self-igniting mixture with oxidizers. Aerozine 50 and UH 25(a mixture of 75% UDMH(unsymmetrical dimethylhydrazine)and 25% hydrazine hydrate)are the best-known hydrazine mixtures with different hydrazine concentrations. The review addresses the use of hydrazine and its derivatives as fuel. Hydrazine is employed in fuel cells(with air oxygen as an oxidizer)to generate electrochemical energy for transport vehicles. Hydrazine is widely used as monopropellant to design low-thrust rocket engines for orientation and stabilization systems in space vehicles, as well as in energy units. The review also addresses such hydrazine derivatives as methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, hydrazine monoperchlorate, hydrazine diperchlorate, hydrazine diammonium tetraperchlorate, hydrazine mononitrate, hydrazine dinitrate, hydrazine nitroformate, hydrazine azides, tetrafluorohydrazine, etc. as well as composite propellants, and gel rocket propellants based on hydrazine. The materials in the review can be used as reference information on hydrazine fuels.

介绍了高压法、微波法、常压法3种3,4-二氨基呋咱(DAF)的合成方法,并对其优缺点进行了评述。基于DAF氨基可发生硝化、氧化、重氮化等反应特性,系统阐述了单呋咱、二呋咱偶氮、多呋咱以及稠环呋咱等DAF含能衍生物的合成方法,同时重点介绍了相关含能化合物的物化与爆轰性能。指出由于DAF制造成本偏高、规模小,严重制约着DAF含能衍生物在武器装备中的应用,需要开展DAF低成本制造工艺研究; 应进一步拓展DAF含能衍生物合成研究,有望构建、合成性能优异的新一代含能材料,以满足含能材料领域的实际应用需求。

为研究二硝酰胺铵(ADN)晶体的表面性质,通过理论模拟计算探究了ADN晶体重要晶面的阴阳离子暴露数目、粗糙度、电负性和表面自由能等,并探讨了其与晶体吸湿性之间的关系; 分析了ADN的键长分布,探究了引发键密度和表面自由能的关系,计算了不同晶面的引发键能量,研究了不同晶面下机械感度的大小。结果表明,当ADN表面带负电性或者电中性时吸湿性较低,表明晶体表面暴露的阴阳离子与吸湿性有关,暴露的阴离子数目越多,吸湿性越低; 从晶体表面结构性质可以得出,晶体表面越光滑,吸湿性越低,感度越低; 表面自由能越大,吸湿性越强; 晶面的引发键密度越小、引发键能量越低,机械感度越大。其中(0 2 0)和(1 0 0)晶面光滑程度较高,表面自由能较小,引发键密度和引发键能量较大,因此吸湿性和机械感度较低。

为了制备新型高氮含量的原子簇材料,分别将金属铁、钴和镍粉末与氮化硼制成的底物,经波长532nm激光溅射生成了杂氮团簇FeN⁺_n、CoN⁺_n和NiN⁺_n,并采用波长266nm激光进行了光解。结果表明,不同底物生成的金属杂氮团簇具有不同特点:3种金属杂氮团簇最高含氮原子数分别为8、12和8; 铁杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇,其中FeN⁺₈离子峰强度较高; 钴杂氮团簇有4种偶数氮原子团簇,团簇离子峰相对强度从6到8随氮原子数增加而提高、从8到12随氮原子数增加而降低,其中CoN⁺₈离子峰强度最高; 镍杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇NiN⁺₆和NiN⁺₈,其离子峰相对强度随氮原子数增加而增高; FeN⁺₈、CoN⁺₈和 NiN⁺₈光解通道分别为1个、1个和2个,对应的光解产物分别为Fe⁺、Co⁺及Ni⁺和NiN⁺₂。

为了重塑2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡啶(PYX)的晶体形貌,改善PYX的晶体品质,采用激光动态法测定了PYX在二甲亚砜(DMSO)中的溶解度,建立了溶解度模型,估算了溶解过程的热力学参数; 测定了不同条件下PYX在DMSO中的介稳区宽度,揭示了介稳区宽度的影响因素及规律,计算了成核级数; 在此基础上采用降温法对PYX进行重结晶,对比分析了重结晶前后的晶体形貌和热性能。结果表明,PYX在DMSO中的溶解度随温度的升高而增大,Apelblat模型对溶解度的拟合结果较好,更适合预测溶解度; 介稳区宽度随降温速率的增大而增大,随饱和浓度和搅拌速率的增大而减小,结合介稳区变化规律得到适宜的结晶条件为:饱和浓度(摩尔分数)0.016～0.022、降温速率1～2℃/min、搅拌速率250～500r/min; 当饱和浓度从0.0148增至0.0224时,受降温速率影响的成核级数(m)由3.7010增至4.7461,受搅拌速率影响的成核级数(n)由0.3601增至0.6284。PYX在DMSO中经降温重结晶能够得到表面光滑度良好、无明显缺陷的块状晶体,重结晶后PYX的DSC热分解峰温提高了11.9℃,热爆炸临界温度提高了9.8℃,说明通过重结晶能够优化PYX的热稳定性。

为了研究3,3'-二氨基-4,4'-氧化偶氮呋咱(DAAF)在高溶解度溶剂中的晶体形貌,采用COSMO-RS理论对DAAF进行了溶剂筛选,获得了7种对DAAF溶解度较高的溶剂(二甲基亚砜、1,2-二氨基乙烷、六甲基磷酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、哌啶); 使用修正附着能模型预测了DAAF在真空及上述7种溶剂中的晶体形貌。结果表明,在真空条件下,DAAF晶体主要有3个生长晶面:(0 1 1)、(1 0 0)和(1 1 0)晶面,其中(0 1 1)和(1 0 0)晶面为控制晶面; 溶剂分子极性对DAAF形貌有较大影响; 7种溶剂中,二甲基亚砜极性最大,DAAF在二甲基亚砜中接近棱柱状; 哌啶的极性最小,DAAF在哌啶中的形貌接近针状; 在其余5种溶剂中呈厚度不一的六棱片状; 径向分布函数分析表明,DAAF的3个晶面与二甲基亚砜之间的相互作用以范德华力为主。

为了分析铝合金燃烧过程中存在的不同金属相间对氧气的竞争反应特性,采用热重-差示扫描量热(TG-DSC)对镁铝二元合金的氧化性能进行分析; 采用X射线衍射仪(XRD)对反应前后样品的相组成进行检测; 采用扫描电子显微镜(SEM)对反应物及产物的形貌进行观测; 采用自制的燃烧反应装置对镁铝合金粉在空气中的燃烧过程进行了研究。结果表明,Mg-Al合金在空气中反应时,镁与氧气的反应优先于铝与氧气的反应; 在10℃/min的升温速率下,镁与氧气的优先反应不能阻碍Al的氧化,二者的氧化产物会继续反应生成MgAl₂O₄,该反应在温度高于800℃时变得更加明显; 当镁铝合金发生燃烧时能观测到粒子的微爆现象,Mg与氧气的优先反应使得铝与N₂反应生成AlN; 释能途径不同,使得铝的燃烧放热出现巨大的差别,当铝转化为AlN,其反应放热大大减少(约为12kJ/g),只有其被氧化成Al₂O₃时放出热量的40%。

为了研究炸药爆轰产物的演化规律,建立了产物自由膨胀模型和等体积放热模型,基于自编热化学程序(DLCHEQ)和多种经验方法,计算了标准爆热弹实验中PETN、 RDX、HMX和TNT 4种炸药产物从CJ点到常温点的组分和热力学状态演化过程。结果表明,基于DLCHEQ计算的3个重要物理量(CJ状态、准静压和爆热值)都与实验值吻合很好,远小于其他方法的计算误差,验证了DLCHEQ的可靠性。CJ点后产物组分间发生了显著的化学反应。计算揭示了外界条件对产物组分间反应的影响规律:敞开空间爆炸时产物发生吸热且大量生成气体的反应; 封闭空间爆炸时产物发生放热且大量消耗气体的反应。计算还预言了4种炸药可能存在独特的组分对称现象:CJ点爆轰产物主要组分和低温点(300～400K)基本一致。

为了研究对比水下大炸高条件下,典型成型装药结构(Jet/JPC/EFP)对多层间隔靶的侵彻威力,以期支撑和推动水下高效毁伤技术创新发展,结合一定工程背景设计了一种成型装药和多层间隔靶结构。分别采用锥形罩、半球罩和球缺罩形成Jet、JPC和EFP,应用AUTODYN软件进行水下大炸高侵彻数值仿真; 然后进一步对两种典型变壁厚半球罩进行仿真计算,与等壁厚半球罩进行对比分析; 最后,针对顶厚边薄的渐变壁厚药型罩成型装药进行水下爆炸试验。结果表明,水下大炸高条件下,同一装药结构的JPC比Jet抵抗水介质和间隔靶干扰、质量耗散的能力强,比EFP速度高、存速能力强,因而具有相对最高的侵彻能力; 顶厚边薄的渐变壁厚半球罩比等壁厚半球罩的JPC拉伸均匀,可提升射流的有效质量和动能,能够显著提高侵彻能力,所研究实例穿透主靶板后的后续侵彻能力可提高25%左右。

为研究内相粒径对现场混装乳化炸药基质热分解特性的影响,使用激光粒度仪与光学显微镜对乳化炸药基质的粒径与微观结构进行测试; 利用TG-DTG技术测试了不同粒径乳化炸药基质的热分解过程,使用Kissinger法计算了热分解活化能; 使用Coast-Redfern法确定了动力学机理函数。结果表明,随着现场混装乳化炸药基质内相粒径由13.13μm减小至3.97μm,其失水过程质量损失率由8.52%升至16.03%,起始分解温度由172.9℃升至207.6℃,平均DTG峰温由274.4℃升至282.3℃,剧烈分解阶段中,质量损失平均速率由0.136%/s降低至0.114%/s,热稳定性不断提高; 粒径大于10μm的乳化炸药基质的热分解活化能约为80kJ/mol,动力学反应机理受二维Valensi方程控制; 粒径小于5μm的基质热分解活化能约为110kJ/mol,动力学反应机理受三维Z-L-T方程控制。

为了揭示温度循环冲击对HTPB推进剂性能的影响与规律,对HTPB推进剂进行了温度循环冲击实验研究,最低温度取-51℃,最高温度取55℃,高低温转换时间不大于5min,每个温度下保持时间1h,分别进行5、10、15、20、25、35个周期的温度循环冲击; 对经历不同循环周期的推进剂试件进行力学性能测试,获得了初始模量、最大抗拉强度、最大延伸率、黏附指数随温度循环冲击周期数的变化规律; 在进行力学性能测试的同时进行了声发射监测,获得了声发射累积能量随拉伸应变、温度循环冲击周期数的变化规律。结果表明,温度循环冲击周期存在一个临界数值(20～25之间),小于临界值时,HTPB推进剂性能退化主要是基体/颗粒界面黏结性能快速下降所致; 大于临界值时,退化机制为在基体/颗粒界面损伤和热氧老化共同作用的结果,其中基体/颗粒界面损伤(甚至脱湿)因素稍占优势。HTPB推进剂初始模量能够反映热氧老化和界面脱湿对性能影响的作用机制,可以根据初始模量随温度冲击循环周期数变化规律获得温度冲击循环周期临界值。

以聚氨酯热熔胶、铝粉和高氯酸铵组成的复合固体推进剂为研究对象,首先通过压延物理混合方法制备了复合固体推进剂,采用SEM和EDS方法对其形貌和组分分布进行了表征,测试了其力学性能、密度和机械感度。为深入了解聚氨酯热熔胶基复合推进剂的流变性能,进一步使用哈克流变仪(HAAKE MARS)研究了增塑剂、剪切速率和温度对其黏度的影响。结果表明,聚氨酯热熔胶基热塑性复合推进剂为假塑性流体,符合Ostwald-de Wale模型。与纯热熔胶体系相比,加入增塑剂的聚氨酯热熔胶基热塑性复合推进剂的高温黏度由4×10⁶Pa·s降至1.5×10⁶Pa·s,黏流活化能由41.53kJ/mol降至28.57kJ/mol。此外,聚氨酯热熔胶基热塑性推进剂随温度升高和剪切速率的增加其黏度逐渐减小,纯热熔胶基推进剂的黏流活化能随剪切速率的增加由41.53kJ/mol降至31.20kJ/mol。

为实现复杂结构发射药的制备,利用挤出3D打印成型技术制备了以光敏树脂为黏结剂、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)为含能固体添加剂的光固化发射药,并对其力学性能及燃烧性能进行了研究。结果表明,用挤出3D打印机可实现固含量为70%的含能物料挤出打印,通过打印条件优化,可以实现样件较好的层间粘接; 挤出成型发射药的拉伸强度和压缩强度分别为10.21MPa和50.94MPa; 相对于硝化棉三基发射药,其拉伸强度和压缩强度更高,但最大形变量下降; 以CL-20为固体填料的光固化发射药表现出高燃速特点,100MPa时燃速达到17.88cm/s,但其压力指数较高,达到1.47。表明材料挤出3D打印技术在光固化发射药成型中应用是可行的。

为兼顾淹没式空化水射流倒空固体发动机装药的安全性和高效性,在淹没空化水射流破碎HTPB推进剂方坯实验基础上,提出应用最优拉丁超立方抽样方法并结合BP神经网络训练方法和带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)实现破碎工艺的多目标优化; 以质量损失速率和耗水量为优化目标,以破碎装置系统的入射压力、靶距、喷嘴直径、破碎时间影响因素作为设计变量,通过NSGA-II算法获得Pareto优化解集。结果表明,该优化解集可为不同工况条件下的淹没式空化水射流质量损失率和耗水量的匹配提供多种方案,缩短寻找适宜工艺参数的时间,并获得本实验设计变量范围内一组实现较小耗水量获得较大质量损失率的最优工艺参数组合,在此工艺条件下,HTPB质量损失率与耗水量比值为8.3g/L。