通过对比金属燃料的氟化/氧化生成物的生成焓及相变温度等物理化学性质的差异,归纳总结了金属基含能体系的氟化释能反应特征及其潜在应用优势; 从典型含氟氧化剂种类及其特性,以及含氟氧化剂在烟火药、推进剂、炸药及铝热剂中的应用等方面,对基于含氟氧化剂的复合含能体系的研究进展进行了梳理; 对含氟氧化剂在复合含能体系中的应用研究发展方向进行了展望。指出应系统开展基于不同氟源的复合含能体系的计算化学研究,从原子/分子层面加深对基于氟化反应的热力学和动力学机制及其构效关系的理解; 此外,还应加深对燃烧反应氟转移机制及预点火条件下界面间氟渗入机理的研究; 在此基础上,从纳米建筑学和反应路径设计的角度,开发适用于不同场景的含能材料的新型含氟氧化剂。附参考文献137篇。

针对推进剂、发射药和炸药中组分迁移的机理、迁移规律的特性表征、迁移的影响因素以及迁移的抑制,介绍了以浓度梯度和极性作用为迁移驱动力的浓度扩散理论与极性作用理论,归纳了基于先进分析技术和迁移动力学的组分迁移量及迁移能力表征方法,阐述了温度、分子间相互作用、交联密度、位阻、结构等因素对组分迁移的影响,总结了化学合成法、材料改性法、添加剂法等迁移抑制方法,提出了建立快速、无损的组分迁移表征方法、完善迁移模型以及新型抗迁移组分的合成等发展方向。附

采用同位素取代技术,将硝酸铵(NH₄NO₃)中的¹⁴N取代为¹⁵N,制备了两种¹⁵N代硝酸铵,即¹⁵NH₄NO₃和NH₄¹⁵NO₃,并采用扫描电镜、红外和X射线衍射对¹⁵N代硝酸铵的表观形貌和化学结构进行了表征; 采用真密度分析仪、差示扫描量热仪、干燥器平衡法及微小药量激光点火法测试了其密度、分解温度、吸湿性、感度、爆速、爆热等。结果表明,与普通硝酸铵相比,¹⁵N代硝酸铵的化学结构基本不变; NH₄¹⁵NO₃和¹⁵NH₄NO₃的密度由1.72g/cm³提升至1.75g/cm³和1.76g/cm³,吸湿率降至97.1%和95.2%,感度和热稳定性基本不变; 采用微小药量激光点火装置测试发现NH₄¹⁵NO₃和¹⁵NH₄NO₃的爆速分别提升至6610m/s和6680m/s,爆热提升至3730kJ/kg和3840kJ/kg。证明稳定同位素取代技术可进一步提升现有高能材料的性能。

为深入理解含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火、爆轰过程和爆轰产物状态等,利用自洽电荷紧束缚密度泛函理论(SCC-DFTB)结合多尺度冲击模拟技术(MSST)研究了4种晶型(α、β、γ、和ε)CL-20在冲击波加载下的分解反应过程; 考虑到α-CL-20通常以含水加合物的形式存在,同时也计算了水分子对α-CL-20冲击分解过程的影响。结果表明,在同一冲击波速下,4种晶型(α-、β-、γ-、和ε-)CL-20中,γ-CL-20密度最小,具有最大的压缩比。当冲击波速为8km/s时,γ-CL-20完全分解,而其余3种晶型CL-20直到冲击波速达到9km/s时才完全分解,但4种晶型CL-20分解反应平衡后小分子产物组分和含量是一致的。此外,水分子的加入则会显著提高CL-20分子的活性,加速固相α-CL-20的裂解,增加固相α-CL-20的冲击感度。冲击加载下固相CL-20的初始分解路径受晶型影响较小,主要受冲击波速影响,当冲击波速低于8km/s时,分解反应主要源于N—NO₂键的断裂; 当冲击波速超过9km/s时,CL-20分子中N—NO₂键受到高压抑制,C—H键中H可能优先与相邻的NO₂基形成五元环,进一步生成NO和OH。

以三乙烯二胺、高氯酸铵、高氯酸为原料合成了高氯酸-三乙烯二胺合铵(DAP-4); 采用元素分析、扫描电镜、X射线衍射对该化合物的结构进行了表征,采用DSC、TG等对其物理性能、热性能、感度性能、安定性、爆热、比容、起爆性能、相容性等进行了测试和评估。结果表明,DAP-4密度为1.839g/cm³,晶体密度为1.923g/cm³; 吸湿性和耐热性均较好; 真空安定性合格; 撞击感度为21.5cm,摩擦感度为56%,火焰感度为7.8cm,热丝感度为527.0mA,静电不发火,安全性较好; 爆热为6194J/g; 250mg的DAP-4能够起爆RDX; DAP-4与TNT、PYX、KClO₄、XM-19镍基合金均相容,与RDX、HNS、T10钢、0Cr18Ni9不锈钢、B19M白铜、5A02铝材、2A12-T4铝材、黄铜、铁镍钴玻封合金均不相容。

为降低多孔粒状铵油炸药的材料成本,提高其稳定性和爆炸安全性,将微米级煤粉与水的混合物(体积比为1:1混合的煤粉水浊液)部分或完全取代柴油制备粒状铵油炸药。通过实验测试选取爆速最大配方,使用摩擦感度仪测试炸药发火概率,采用C80微量量热仪研究煤粉对多孔粒状铵油炸药热分解反应的影响,以热流曲线数据为依据,通过Arrhenius方程得出不同样品热分解反应的热力学和动力学参数。结果表明,混合质量分数10%煤粉水浊液和2%柴油的铵油炸药爆速最高,为3227m/s; 炸药摩擦感度发火概率最大为4%; 煤粉水浊液抑制了多孔粒状硝酸铵的热分解反应,用其制备的铵油炸药的表观活化能、指前因子和热分解起始温度,均高于纯柴油多孔粒状铵油炸药,用其部分或完全替代柴油制备的多孔粒状铵油炸药的热稳定性较好。

利用CO₂激光点火燃烧试验系统研究了HTPE固体推进剂的点火能量和燃烧特性,分析了压力、气氛、初始温度(-50～70℃)和燃速调节剂对HTPE固体推进剂燃速、火焰形态、燃烧温度和最小点火能的影响。结果表明,相对于端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂,HTPE固体推进剂的火焰强度、燃速、燃烧温度较低; 温度、压力和氧气含量的增加可提高HTPE固体推进剂的燃烧强度并降低其最小点火能量,在-50℃环境下,3种HTPE固体推进剂(HTPE_0、HTPE_Ca、HTPE_Sr)的最小点火能量分别为0.738、1.038和1.862J,低温初始环境能够显著增大最小点火能; 碳酸钙和碳酸锶对HTPE固体推进剂的燃速具有抑制作用。

针对固体推进剂高压动态燃速高效测试难题,分别采用冲量法和质量流率法测试两种推进剂在不同压强下的燃速。结果表明,在喷管严重烧蚀造成的压强平稳段中,3个不同时段的冲量法燃速分别为17.92、18.00和18.04mm/s,单次试验结果间的一致性较好; 质量流率法较为简单,但喷管严重烧蚀会导致测试结果不合理。两种推进剂的平行实验结果表明,冲量法燃速测试结果的偏差较小,复合推进剂在8～35MPa下的燃速最大偏差不超过0.3mm/s、双基推进剂在8～25MPa下的燃速最大偏差不超过0.4mm/s; 质量流率法燃速结果偏差较大; 喷管烧蚀不影响冲量法的燃速结果,且能够降低高压段的增压速率,有利于实现燃速对压强改变的瞬时响应; 采用冲量法测试复合推进剂在20MPa下的燃速为22mm/s和21.96mm/s,与标准发动机法燃速相比,最大误差为0.45%。

为了对改性双基推进剂的机械感度进行预测,通过BAM撞击装置和摩擦感度仪对其进行试验,得到了其临界撞击能量E和临界摩擦载荷F_S; 基于单质炸药氧平衡指数与撞击感度的相关性探究了改性双基推进剂氧平衡指数与机械感度之间的关系,并将改性双基推进剂看作硝基含能化合物,选取氧平衡指数、N—NO₂、O—NO₂、—COOR和苯环作为分子结构描述符,进行多元线性回归建立机械感度预测模型并计算了改性双基推进剂的E和F_S,随机选取检验样本对模型进行检验。结果表明,氧平衡指数OB₁₀₀与E和F_S均呈现较好的线性关系,可以对改性双基推进剂的机械感度进行判断; 基于分子结构描述符建立的E和F_S预测模型具有较高的相关系数,分别为0.963和0.983; 同时其检验样本的均方根误差(RMSE)与平均绝对百分误差(MAPE)分别为0.40J和10.27%与8.33N和10.83%。

为了辨识间苯三酚法合成1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的工艺安全风险,开展了反应安全风险评估; 基于风险矩阵法和特征温度分级法,利用差示扫描量热仪、反应量热仪和绝热加速量热仪进行合成工艺中硝化反应、烷基化反应和胺化反应相关热风险参数测试,并对TMR_ad和T_D24进行了预测。结合反应机理研究了工艺条件下反应体系的放热特性,评估确定了工艺危险度; 通过DSC法研究了1,3,5-三羟基-2,4,6-三硝基苯(TNPG)、1,3,5-三乙氧基-2,4,6-三硝基苯(TETNB)和TATB的热稳定性,采用Kissinger法和Ozawa法计算了非等温动力学参数及热力学参数。结果表明,硝化反应和烷基化反应工艺危险度为5级,风险较高,胺化反应工艺危险度可按照1级管理; TNPG、TETNB和TATB的机械感度与其表观活化能的大小具有一定相关性,物质的表观活化能越大,对机械刺激越钝感。