为了研究微纳米金属粉对单质硝胺炸药性能的影响和机理,总结了微纳米金属粉与单质硝胺炸药不同复合方式(如机械混合、核-壳包覆、金属嵌入和其他复合方式)下不同的微纳米金属粉对不同单质硝胺炸药的作用; 分析了复合含能材料中金属粉粒径和含量等变化对不同单质硝胺炸药热分解特性和感度性能的影响; 讨论了微纳米金属粉与单质硝胺炸药不同复合方式和制备方法对复合含能材料性能的影响。最后建议复合含能材料今后的研究重点为:拓展新的微纳米金属粉进行研究; 深化微纳米金属粉与单质硝铵炸药之间的相互作用; 研究新的含能材料复合结构; 综合机器学习设计筛选新型复合含能材料和开拓含能复合材料工程方面应用的研究。附

Incorporating aluminum metal-organic frameworks(Al-MOFs)as energetic additives for solid fuels presents a promising avenue for enhancing combustion performance. This study explores the potential benefits of Al-MOF(MIL-53(Al))energetic additive on the combustion performance of hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB)fuel. The HTPB-MOF fuel samples were manufactured using the vacuum-casting technique, followed by a comprehensive evaluation of their ignition and combustion properties using an opposed flow burner(OFB)setup utilizing gaseous oxygen as an oxidizer. To gauge the effectiveness of Al-MOFs as fuel additives, their impact is compared with that of nano-aluminum(nAl), another traditional additive in HTPB fuel. The results indicate that the addition of 15%(mass fraction)nAl into HTPB resulted in the shortest ignition delay time(136ms), demonstrating improved ignition performance compared to pure HTPB(273ms). The incorporation of Al-MOF in HTPB also reduced ignition delay times to 227ms and 189ms, respectively. Moreover, under high oxidizer mass flux conditions(79—81kg/(m²s)), HTPB fuel with 15% nAl exhibited a substantial 83.2% increase in regression rate compared to the baseline HTPB fuel, highlighting the positive influence of nAl on combustion behavior. In contrast, HTPB-MOF with a 15% Al-MOF additive showed a 32.7% increase in regression rate compared to pure HTPB. These results suggest that HTPB-nAl outperforms HTPB-MOF in terms of regression rates, indicating a more vigorous and rapid burning behavior.

为了获得高能低感的CL-20颗粒,采用喷雾干燥工艺改善CL-20原料的形貌,采用顺丁橡胶BR、微晶蜡和胶体石墨对CL-20/微纳复合铝粉进行钝感包覆,构建具有可反应活性、能量补强的包覆外壳,同时提升CL-20使用安全性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了包覆颗粒的表观形貌,编写MATLAB程序代码对SEM图像颗粒的长宽比和圆度值进行识别计算,表征其球形度,采用有机元素分析(EA)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析测试包覆颗粒中CL-20和铝粉的实际含量,采用X射线衍射(XRD)对包覆颗粒进行晶型结构分析,采用GJB方法对包覆颗粒的感度和爆热进行测试,并与CL-20原料进行了对比,采用差式扫描-热重-红外-质谱联用(DSC-TG-FTIR-MS)对包覆颗粒及其分解产物进行热分析。结果表明,制备得到的包覆颗粒粒径在10μm左右,球形度较高,长宽比为1.03,圆度值为0.91; 包覆颗粒中CL-20和铝粉的实际含量分别为88.17%和7.76%; 包覆颗粒的晶型为β-CL-20,摩擦感度为36%,撞击感度爆炸概率为38%,撞击感度特性落高为13.4cm,降感效果明显; 爆热值为5946J/g,是CL-20原料(6073J/g)的97.91%,能量损失不超过3%。

为了研究镓基液体金属(GLM)-Al-氟聚物的能量释放性能,制备了GLM质量分数分别为1%、3%、5%、7%的GLM-Al,通过3D打印获得了GLM-Al-氟聚物复合反应性材料; 采用SEM、EDS、XRD、XPS、DSC-TG、高速摄影仪和万能拉伸仪对GLM-Al及GLM-Al-氟聚物的微观结构、燃烧性能、力学性能等进行测试。结果表明,质量分数3%的GLM改性的GLM-Al放热量和氧化增重均最大,分别为6181J/g和42.92%; 改性前的Al-氟聚物不能被点燃,改性后GLM-Al-氟聚物可以点燃且可以持续稳定燃烧,在当量比为3.5时的燃速最大,为6.0mm/s; 此时GLM-Al-氟聚物的抗拉强度和断裂伸长率均最大,分别为1.73MPa、11486%,是改性前Al-氟聚物的1.5倍和1.3倍。

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性; ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120ms),含能微芯片可在15mJ的输入能量下激发。

引入一种新型端羟基氟聚物TFGE,将不同粒径的球形微米铝粉(1、5、12μm和29μm)用TFGE包覆制备成多种Al/TFGE二元铝氟化合物; 采用扫描电镜(SEM)对不同粒径微米铝粉和Al/TFGE二元铝氟化合物的微观形貌进行了表征; 采用TG、DSC等分析了微米铝粉和Al/TFGE二元铝氟化合物的热分解行为,并通过激光点火对其点火燃烧过程进行了研究,获得了铝粉粒径对点火延迟时间的影响规律,对燃烧残渣进行了SEM和X射线衍射(XRD)分析。结果表明,TFGE包覆增加了微米铝粉的点火延迟时间,1μm铝粉的点火延迟时间从103.5ms增至130.5ms; 但另一方面,TFGE包覆可以明显提升微米铝粉的反应活性,提高微米铝粉的燃烧效率,改善微米铝粉的燃烧性能; 通过对燃烧残渣进行分析,发现Al/TFGE二元铝氟化合物燃烧生成Al₄C₃和AlF₃固相产物,主要是TFGE受热分解产生的CH_x和CF₃基团与铝粉发生化学反应生成; 同时,随着铝粉粒径增大及包覆厚度增加,Al₄C₃和AlF₃产物生成比例降低,未反应铝粉比例增加,燃烧反应活性受到抑制。

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度等工艺进行了优化; 采用扫描电子显微镜(SEM)对Al/B/PTFE含能微球形貌进行了表征; 采用TG-DSC法分析了Al/B/PTFE含能微球的热分解性能; 通过高速摄影和密闭爆发器表征了Al/B/PTFE含能微球的燃烧反应性能。结果表面,水浴温度为25℃、乳化剂为PVA、水油比为80:30和搅拌速度为700r/min是Al/B/PTFE含能微球的最佳制备工艺; 所制备的Al/B/PTFE含能微球的粒径均匀、球形度高且粒径可控,主要粒径分布范围在约300～900μm; 微球的流散性、反应热、燃烧火焰面积和压力输出性能随着粒径的增加,出现先增加后减弱的现象; Al/B/PTFE含能微球的最大反应热,最大火焰面积和最高峰值压力为1097.97J/g,186.06cm²和213.3kPa,分别是物理混合样品的1.77倍、5.16倍和1.37倍。

为了探索钨对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响,采用双重球磨混料工艺制备了不同钨含量的氟聚物基含能材料,借助SEM和XRD表征了含能材料燃烧反应前后的微观结构; 用氧弹量热仪和同步热分析仪(TG-DSC)分析了含能材料放热反应的释能密度和反应机理,并利用高速热成像相机对含能材料的燃烧特性进行评价。结果表明,随着钨质量分数由0增至30%,氟聚物基含能材料的放热反应释能密度由3690J/g降至2695J/g,燃烧速率从40.5mm/s降至19.6mm/s; 不加钨时,含能材料燃烧火焰的温度最低; 随着钨含量增加,火焰温度先显著升高然后缓慢降低; 这是由于钨的加入减缓了Al与PTFE放热反应的热量传递,推迟了Al与Fe₂O₃的放热反应进程。加入钨后生成W₂C的反应造成了更多放热反应累积叠加,使氟聚物基含能材料产生更剧烈的燃烧反应过程和更高的火焰温度。

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的电场强度显著影响点火延迟时间,在2.45GHz、50W微波作用下,探针1、2、3、4最大电场分别为1800、190、34和53kV/m,Ti/CuO的点火延迟时间分别为222.6、660.5、949.1和921.3ms; 在2.45GHz、1W微波作用下,当探针长度为26mm、PTFE包覆层长度为8mm、厚度为0.75mm、针尖锥度为0.243和金镀层厚度为5μm时,能够将电场强度从原来的约10kV/m提升到约1000kV/m,并且电场分布集中于尖端。

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe₂O₃颗粒),将纳米CuO和纳米Fe₂O₃负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe₂O₃@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe₂O₃、AP/Fe₂O₃@C; 通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃; AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO₂、N₂O、HNO₃和NO₂,其中NO₂含量最高; AP/Fe₂O₃@C分解主要气相产物中CO₂含量显著提升,NO₂含量稍有降低。