基于国内外学者的相关研究工作,归纳汇总了混合炸药微结构的定义、对性能影响、设计、类型、制备工艺等方面的研究现状,总结发现通过改变混合炸药微观结构改变其反应动力学,是一种相对快捷有效提升混合炸药能量输出及调控能量输出结构的有效手段。但目前混合炸药微结构研究过程仍还存在许多不足,如缺乏微结构对性能的影响规律; 动力学设计以试错法为主,缺乏科学的设计方法; 缺少有效的性能预估手段等。未来可从进一步增强正向设计思维、研究混合炸药反应动力学机制等方面开展混合炸药微结构设计研究。附参考文献107篇。

从氟源材料的物理化学性质出发,对近年来铝基含氟铝热体系的反应机理研究进行综述,结合实验推断与微观模拟分析,将研究成果按照材料反应阶段顺序给出了各类铝基含氟铝热体系的化学反应方程式,阐述了反应机理与性能、实验因素间的关系,提出了现阶段研究中存在的诸如反应机理研究仍浮于表面、不系统,铝热体系中各类氟化物性能的对比有待探究等不足,并对未来研究的实验设计、实验方法以及探究方向进行了展望。附参考文献92篇。

为了安全合成1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),对其合成过程的硝化反应工艺进行优化,提出了分步合成的新方法; 利用差示扫描量热仪(DSC)研究FOX-7合成过程的中间体2-甲基-4,6-二羟基-5-硝基嘧啶(物质2)的热分解特性; 运用模型拟合法,选用自催化模型同时对DSC等温和动态两种量热模式的实验数据进行动力学计算,获取准确的动力学参数,建立其热分解动力学模型,基于该模型对TMR_ad和T_D24进行预测:结合硝化机理,利用反应量热仪(RC1e)研究不同工艺条件下反应体系的放热特性。结果表明,物质2稳定性好,可将其作为原料进行硝化反应; 使用新工艺合成FOX-7,硝化反应的反应热降低35%左右,绝热温升由98.7K降至65K左右,降低了热风险失控的严重度。

为了优化3,3'-二氨基-4,4'-氧化偶氮呋咱(DAAF)的形貌和粒径,采用微流控技术进行调控,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,去离子水为非溶剂制备细化DAAF,研究了炸药浓度和溶剂-非溶剂流速比对DAAF形貌和粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位分析仪、X射线粉末衍射仪(XRD)、差式扫描量热法(DSC)、热重分析(TG)、BAM落锤撞击感度仪和BAM摩擦感度仪对DAAF产品进行形貌、粒度、晶体结构、热性能和机械感度表征。结果表明,细化后的DAAF晶体结构未发生改变,与原料晶型保持一致。当其浓度为10 g/L时,可以制备出“爆米花状”的球形DAAF,粒径分布在1.47～8.22μm; 浓度为30g/L能够制备出0.69～2.99μm的多面长棒状DAAF; 浓度为50g/L时可获得尺寸小、粒度分布集中(80～460nm)的纳米级DAAF。与原料相比,细化的DAAF热分解温度减小; 细化前后DAAF的机械感度保持一致。

为了优化及放大2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡啶(PYX)的溶析结晶工艺,在以DMF为溶剂、H₂O为反溶剂的结晶体系下开展了PYX的溶析结晶动力学研究。首先采用激光动态法测定了PYX在DMF纯溶剂和DMF-H₂O二元溶剂中的溶解度曲线,建立了相应的溶解度模型; 确定了PYX的晶体生长类型,测定了PYX在结晶过程中的晶体生长及成核速率,建立了相应的结晶动力学模型,在此基础上分析了PYX结晶动力学的影响因素及规律。结果表明,PYX在DMF纯溶剂和不同体积比的DMF-H₂O二元溶剂中的溶解度随温度的升高而增大,随H₂O含量的增加而减小,不同溶剂中Apelblat模型对溶解度拟合结果的相关系数均大于0.99。PYX的晶体生长类型为粒度无关生长,晶体生长及成核活化能分别为8.33×10³J/mol和1.01×10⁴J/mol,过饱和比对于晶体生长速率的指数为6.73,搅拌强度、过饱和比、悬浮密度对于晶体成核速率的指数分别为0.27、7.16、0.14。PYX晶体生长及成核速率均随温度的升高而增大,随过饱和比的增大而增大,且升高温度或增大过饱和比更有利于PYX晶体成核。相比于过饱和比,搅拌强度、悬浮密度对PYX晶体成核速率的影响较小,增大搅拌强度或悬浮密度不利于PYX晶体生长。

为了获得Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物的热分解反应特性,以环己烷为分散剂,采用超声混合工艺制备了Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物; 通过差示扫描量热法(DSC)对其热性能、热分解反应动力学进行了研究,并对纳米铝热剂Al/Fe₂O₃对RDX的热催化反应机理进行了探讨。结果表明,Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物的起始热反应温度大于200℃,具有良好的热安定性; 在Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物的热分解过程中,纳米Fe₂O₃对RDX的热催化分解作用大幅降低了RDX的分解活化能,导致其热分解反应温度降低; 与原料超细RDX热分解相比,Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物中RDX的分解活化能降低了41.63kJ/mol; 多孔高比表面积的纳米Fe₂O₃与RDX中N—NO₂键的硝基N形成配位络合物,导致RDX中N—NO₂的断裂,加速了RDX的分解,对Al/Fe₂O₃-RDX纳米复合物的热分解反应起着促进作用。

为解决烧结工艺制备聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)存在成型时间长、温度过高等问题,采用冷压(25℃)与热压(180、200、220、240、300、330℃)方法制备PTFE/Al活性材料; 利用准静态压缩试验,测试了活性材料的准静态力学性能; 利用落锤测试系统定量分析撞击点火响应,以研究不同热压成型温度下活性材料力学性能及释能特性; 采用阿基米德方式测试了活性材料的密度。结果表明,PTFE/Al活性材料在压制过程中存在密实均匀区,在40MPa外界高压下可得到较为密实的试样; 不同热压成型温度下的PTFE/Al活性材料呈脆性,抗压强度在11～13MPa,当热压温度为300℃时,活性材料抗压强度最大为13.5MPa,同时也具有一定的释能特性; 当热压温度升高时PTFE/Al活性材料有更高的断裂韧性。由于成型温度不同,同时也导致其释能效率与初始激发能不同,与冷压成型试样相比,热压成型(300℃)试样释能效率提高3%左右。

通过光学显微镜、激光粒度仪、测时仪法和铅柱压缩法测试了不同转速制备的现场混装乳化炸药样品的微观结构、内相粒径分布、爆速和猛度,采用理论计算与实验测试相结合的方法,研究内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响。结果表明,对于相同敏化剂含量的现场混装乳化炸药,其密度、爆速和猛度均随着炸药样品内相粒径的增大而减小; 在炸药内相粒径由14.01μm减至4.99μm且敏化剂质量分数由0.9%减至0.3%的过程中,爆速由3450m/s增至3981m/s,最大爆速为最小爆速的1.15倍,猛度由6.22mm增至13.63mm,最大猛度为最小猛度的2.19倍。基于本实验条件,应合理控制现场混装乳化炸药的内相粒径及敏化剂含量,以确保现场混装乳化炸药具有良好的爆炸性能。

针对尖卵形头部弹体斜侵彻多层靶时弹道发生偏转的问题,建立了着重分析尖卵形头部形状系数对头部侵彻时产生的偏转力矩影响的理论计算模型和试验研究方法,提出了头部侵彻阻心位置,计算了头部偏转力矩在一定侵彻条件下随头部形状系数的变化规律。结果表明,偏转力矩随形状系数变化存在拐点,拐点前偏转力矩随形状系数增大而增大,拐点后偏转力矩随形状系数增大而减小; 弹体半径和着角增大,偏转力矩随形状系数变化的幅度上升; 侵彻速度增大,偏转力矩随形状系数变化的幅度下降; 弹体头部侵彻仰靶时产生“抬头”偏转力矩,侵彻俯靶时产生“低头”偏转力矩。

根据推进剂爆热与燃烧温度的正相关性,提出高能固体推进剂实际定压燃烧温度的确定方法; 阐述并明确了爆热末态产物为准稳态非绝对稳态(自由能最小)的事实; 根据高温燃烧产物降温到298K确定了爆热末态燃烧产物,计算了推进剂理论定压爆热; 测试不同样品质量的推进剂爆热,得到最大爆热值作为推进剂的实际定容爆热; 通过测试定容爆热实验末状态的实际温度和压强,建立了定容爆热末状态燃气摩尔数的测试方法,获得了实际最大定压爆热。 结果表明,根据爆热效率得到某高能推进剂在6.86MPa、10MPa、15MPa和20MPa下的实际能达到的最大定压燃烧温度分别为3598.02K、3636.40K、3675.54K和3702.82K,20MPa下的温度误差最大为252.28K,该值低于传统测温技术的误差。因此通过爆热间接确定高能固体推进剂的实际定压燃烧温度是合理的。

为了探究不同温度与压强对GAP/CL-20推进剂安全性能的影响,采用快速压缩机实验平台并结合高速成像以及动态压强采集技术对GAP/CL-20推进剂在快速热刺激下的自着火行为进行分析,并得出其相应的自着火边界。结果表明,GAP/CL-20推进剂样品的燃烧分为热解与着火两个阶段,且整体呈现出逐层燃烧并剥离的特点; 样品的右侧面与棱角位置则会由于压缩过程中气体扰动对换热的影响而优先于其他位置着火; 随着温度与压强的升高,GAP/CL-20推进剂的着火延迟期与燃烧持续期缩短,压强上升提前; 其临界着火温度和燃烧速度均随着压强的升高而降低,但达到一定压强后下降速度将会放缓。