介绍了高速摄影技术、光谱测试技术、激光干涉技术、太赫兹波多普勒测量技术的工作原理及近年来技术上的突破,并介绍了这些技术在炸药爆轰测试领域的应用情况,其中高速摄影技术与激光干涉技术被广泛应用于爆速、爆压测量和冲击起爆领域,光谱测试技术主要用于爆温测量与爆轰产物组分分析,太赫兹波多普勒测量技术用于炸药爆轰波测量; 分析了光电测试技术应用于爆轰性能研究的优缺点并对未来爆轰性能测试技术的发展进行了展望,认为加强炸药爆轰微观测试技术研究、拓宽现有光电测试技术应用领域并将测试数据处理与大数据技术结合是未来炸药爆轰性能研究的重点。附参考文献128篇。

综述了国内外结晶过程模拟方法和理论,阐释了成核、过饱和度、晶体生长和晶形预测的最新进展,并着重讨论了它们在含能材料中的潜在应用价值和现实挑战。在成核模拟中,介绍了动力学蒙特卡罗(kMC)和增强抽样方法; 在过饱和度结晶研究方面,阐述了巨正则系综(GC)MC与分子动力学(MD)方案以及恒定化学势分子动力学模拟,并分析了在过饱和溶液中的成核机制、溶剂-反溶剂法的结晶机制。此外,还集中探讨了基于Voronoi-Dirichlet多面体和Bell-Evans-Polanyi(BEP)原理的晶体三维生长模拟。对于含能材料的晶体形貌预测,重点介绍了基于形貌面生长机制的预测方法和基于机器学习的晶形预测方法。最后,针对含能材料晶体成核和生长进行展望,认为含能材料成核与生长模拟需扩充晶体生长机制的探索路径并建立精准高效的优选模型。附参考文献85篇。

针对线状硝胺含能增塑剂(DNDAs)合成过程中,前驱体甲硝胺(NMA)硝化反应存在放热剧烈、在线量大、有安全隐患等问题,采用微反应技术,以1,3-二甲基脲为原料、硝硫混酸为硝化剂进行硝化反应,进一步水解合成出关键中间产物NMA,并表征了其结构,对反应条件进行了优化。结果表明,微反应技术解决了甲硝胺合成过程中硝化反应放热量大、在线量大等导致的反应难以控制、安全风险高的问题; 得到优化后的微反应器硝化反应最佳工艺条件为:温度为15℃,硝酸、硫酸、1,3-二甲基脲的摩尔比为1:0.78:0.67,平均反应时间为22.5s,甲硝胺收率达到90.7%,纯度为99.2%。表明该工艺具有反应温度高、安全性高、反应速率快、产品收率高等优点。

为了保持共晶炸药晶体结构的稳定性和合适的晶体形貌,以满足共晶更好的安全性能和装药需求,采用降温和溶剂/反溶剂两种结晶方法,研究了CL-20/MTNP共晶在甲醇、乙醇、正丙醇、丙酮、环戊酮、3-甲基-2-丁酮、乙酸乙酯、丁酸乙酯、DMSO、甲醇/水(体积比为2:1)和环戊酮/乙醇(体积比为1:6)等11种不同溶剂体系的结晶行为,获得了不同形貌的晶体产品; 采用XRD对晶体产品进行了分析; 采用Materials Studio软件中的AE模型和分子动力学进行理论计算,揭示了溶剂对晶体形貌的影响规律和原因; 基于模拟和实验结果,采用溶剂/反溶剂结晶方法,选取甲醇作良溶剂,水作为反溶剂,进行结晶条件优化。结果表明,CL-20/MTNP共晶炸药在醇类、酯类和酮类中结晶分别呈现棒状、片状和块状生长趋势,(0 0 1)晶面面积占比最大; DMSO作为溶剂结晶所得晶体为CL-20和MTNP混合物,不能得到共晶炸药; 在浓度为0.017g/mL、温度为55℃、滴加速率为1mL/min最优条件下,得到的共晶晶体长径比最小,颗粒均匀性好; 具有规则形状的短棒状晶体的感度远低于具有尖锐棱角的片状和针状晶体。表明晶体形貌的改变主要归因于溶剂与不同晶面的作用强度不同,共晶晶体的形貌显著影响感度。

为了研究TiZrNbHf RHEA在动态冲击下的力学特性,使用20mm口径的一级轻气炮试验平台进行非对称平板撞击试验; 通过扫描电子显微镜对回收试样进行分析,从微观角度分析其层裂机制。结果表明,在塑性波冲击峰值压力范围为0～20GPa时,TiZrNbHf RHEA的层裂强度范围为1.81～2.41GPa,RHEA的层裂强度明显低于3d族元素HEA; TiZrNbHf RHEA的Hugoniot弹性极限随着冲击速度增大而增大,从3.05GPa增大至3.57GPa,其加速度也随冲击速度增大而增大; 试验得到的Hugoniot状态方程显示出线性关系,通过冷能混合法得到的状态方程与试验数据相比较低,但在实验范围内可以用来预测材料性能。对回收试样的金相分析表明,SE和BSE图显示孔洞相连形成裂纹,其损伤区域存在大量的韧窝和少量的河流状花样,表明其损伤模式为韧性断裂为主的混合断裂模式。

为了研究生物质燃料的爆炸性,采用TG-DTG热重分析法,分析了几种常见生物质燃料(秸秆、木屑、花生壳)及其混合物的燃烧性能以及动力学参数; 采用扫描电子显微镜(SEM)对几种生物质燃料的微观形貌进行了观察和分析; 利用元素分析仪对该木粉+花生壳粉混合燃料进行了元素分析,基于元素组成计算了其氧化反应所需氧元素的量,然后开展了爆炸试验。结果表明,木粉+花生壳粉(质量比1:1)混合燃料的稳燃特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较高,燃烧性能较好,且活化能适中,表面呈现多孔状且粗糙度较高,自由面较多,比表面积大,更易于燃烧。在直径40mm、长200mm、壁厚1.5mm的钢管内,装40g该混合燃料,充5MPa氧气,能够被一发8号电子雷管成功起爆,基本不产生有毒气体,钢管被炸成不同尺寸的碎片,大部分碎片尺寸在50mm以内。说明生物质燃料在一定的条件下具有爆炸性。

针对爆轰叠加效应下缺陷圆环断裂行为问题,理论分析了含波形调整器装药中爆轰波传播过程,获得了波形调整器厚度的取值范围,在设计的战斗部结构基础上,采用试验验证的数值模型研究了蒙皮参数、波形调整器参数、矩形切口参数、炸药类型对缺陷圆环断裂行为的影响规律。结果表明,波形调整器能够实现多源同步爆轰叠加并作用在圆环上,圆环能够在爆轰波叠加压力作用位置(M位置)和矩形切口位置(D位置)同时发生断裂; 蒙皮相对厚度、切口相对深度及切口相对宽度越大越不利于M位置的断裂; 爆轰波叠加压力、切口相对间距及作用在D位置的爆轰波曲率半径越大越利于M位置的断裂; 当蒙皮相对厚度H/T为0、切口相对宽度为K/R为0.015、切口相对间距J/R为0.45～0.88、沟槽相对间距L/R2为0.39～0.77、沟槽相对宽度G/R₂为0.1～0.167、装药类型为Comp B炸药或Octol炸药,切口位于圆环外壁时,圆环能够同时在M位置和D位置发生断裂,且具有较大的毁伤威力。

为了研究示踪标识物与水胶炸药的化学相容性,在水胶炸药中分别添加质量分数分别为0、1%、3%、5%的示踪标识物(一种稀土元素氧化物的微米级颗粒),通过扫描电镜、测时仪法、铅柱压缩法和同步热分析技术,对水胶炸药的微观结构、爆炸性能以及热分解特性等进行研究,并用X射线荧光光谱仪对水胶炸药进行探测。结果表明,随着示踪标识物的质量分数由0增加到5%,水胶炸药的微观结构、爆速与猛度均未发生明显变化,热稳定性良好; 爆速变化范围在1.0%左右,猛度变化在5.0%以内; TG曲线与DTG曲线基本一致,热分解过程没有明显变化; 在转化率小于40%时,未添加示踪标识物的样品活化能小于添加了示踪标识物的其他3个样品,转化率由50%增加至70%,尤其当达到80%时,4个样品的活化能比较接近,说明添加示踪标识物对水胶炸药的热分解稳定性没有明显影响; 在X光管电流为0.1mA和电压为50kV的激发条件下,添加质量分数0.05%示踪标识物的水胶炸药,示踪元素特征X射线的谱峰最明显,计数率达到597394CPS,说明水胶炸药添加质量分数0.05%的示踪标识物可满足示踪安检要求。

为研究一系列含草酸铵(质量分数0～4%)的低燃速推进剂的燃熄可控特性,分别使用高压激光点火平台和磁吸式泄压试验发动机测定了其在稳态和瞬态下的燃烧参数,主要包括稳态燃速、临界泄压熄火边界和瞬态火焰变化过程。结果表明,随着泄压前初始压力(p₀)的增加,推进剂泄压熄火所需的临界泄压速率(dp/dt)发生线性变化; 向HTPB/AP推进剂中引入质量分数2%的草酸铵后,0.5～2.51MPa内的泄压复燃区域缩小18.74%,所需的临界泄压熄火速率降低6.87%～25.18%; 0.1～9MPa下的稳态燃速降低6.5%～20.5%,并在草酸铵质量分数为4%的配方中增至13.9%～26.6%。稳态燃烧和瞬态燃烧结果间的一致性表明,草酸铵的引入有利于HTPB/AP基推进剂泄压后达成熄火,这可归因于其对AP分解的强烈抑制和较大的分解吸热作用。

为探索含铝过氧化氢凝胶在火箭发动机中的点火可行性,开展了含铝过氧化氢凝胶的点火过程研究。通过点火试验确定其点火方式,根据理论分析构建了含铝过氧化氢凝胶推进剂的点火模型,提出了该推进剂的点火延迟时间计算方法,探究了点火延迟时间的影响因素,并对推进剂的点火延迟时间进行了预测。结果表明,火焰点火是可行的点火方式; 液滴直径、铝颗粒直径、环境温度、铝含量及过氧化氢质量分数均对点火延迟时间有一定影响,其中液滴直径和铝颗粒直径对其影响最为显著; 点火延迟时间与液滴、铝颗粒直径成正比,经过雾化后的液滴直径在0.5mm以下、铝颗粒直径小于10μm的推进剂,适用于火箭发动机。