Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征

用磁控溅射法制备了Al/Ni、Al/Ti纳米多层薄膜。用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射仪(XRD)对其进行了结构表征和成分分析。用差示扫描量热法(DSC)测定了纳米多层薄膜的反应放热量。结果表明: 工作压力为0.4 Pa,Al、Ni、Ti溅射功率分别为200,220,180 W条件下制备的Al/Ni、Al/Ti多层薄膜表面均匀致密,无尖锐峰,层状结构分明,组成成分分别为Al、Ni和Al、Ti单质状态; Al/Ni、Al/Ti多层薄膜放热量分别为1134.64,918.36 J·g-1,达到理论值的82.2%, 80.7%。     

硝化棉气凝胶的微结构及热分解特性

为研究硝化棉(NC)气凝胶的微结构及其与热性能的关系,用溶胶-凝胶法以及超临界干燥法制备了硝化棉气凝胶。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重-红外联用(TG-FTIR)表征了其微观结构、结晶性及热性能。结果表明:NC气凝胶的微观结构为纳米颗粒堆积成的纳米多孔结构。其结晶遭到破坏,呈非晶无序特征。与NC相比,NC气凝胶的DTG峰温及DSC放热峰温度分别提前7℃和11℃,分解热由1429.87 J·g-1提高至1689.21 J·g-1。     

HMX／AP／RF纳米复合含能材料的sol-gel法制备

首次用溶胶一凝胶(sol-gel)方法成功制备了HMX/AP/RF纳米复合含能材料.采用SEM扫描电镜、BET比表面积分析、XRD粉末衍射和DSC差示扫描量热法对复合材料的结构进行表征.结果表明:HMX/AP/RF气凝胶具有纳米网孔结构,比表面积为27.13m2/g,相比空白RF气凝胶明显下降;HMX/AP/RF气凝胶中晶体的平均晶粒度为48～93nm,HMX/AP/RF气凝胶的热分解峰较原物质HMX相比有所提前.     

硝化纤维含能材料热物性参数的测量与分析

为了确定硝化纤维(含氮量11.89%～13.5%)的热物性参数,进行热分析计算,揭示其反应动力学机制,采用激光闪射法和差示扫描量热法对含氮量12%的硝化纤维的热物性参数进行了测量。给出了其熔点以下25～140 ℃的热扩散率、比热容及热导率的数值。结果表明,随着温度的升高,比热容逐渐增大,而热导率和热扩散率有所减小,但变化幅度并不显著。在热分析计算时,这些参数可近似为一组平均值: c_p=1.131 J·g-1·K-1,D=0.413 mm²·s-1,λ=0.142 W·m-1·K-1。     

硝化棉/黑索今纳米复合含能材料的制备与热性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了以硝化棉（NC）为凝胶骨架的NC/黑索今（RDX）纳米复合含能材料,并采用红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及热失重/差示扫描量热（TG/DSC）等测试手段对材料进行了表征。研究结果表明：RDX与NC凝胶骨架成功复合;由Scherrer公式计算复合材料中RDX的平均粒径最低可达50.16 nm,且随着RDX含量增大,其粒径随之增大,但仍在100 nm以下;复合材料中RDX的最大分解温度及差示扫描量热（DSC）放热峰温均低于原料RDX。     

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐和CMDB推进剂组份的相容性

采用差示扫描量热法(DSC)和真空安定性试验(VST)法研究了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO)与复合改性双基(CMDB)推进剂组份:硝化棉(NC)、NC/硝化甘油(NG)吸收药、吉纳(DINA)、黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮铅盐(NTO-Pb)及铝粉(Al粉)的相容性。DSC结果表明,HATO与NC、NC/NG、DINA及RDX不相容,与HMX、NTO-Pb、Al粉相容。VST结果表明,HATO与NC/NG、DINA不相容,与RDX中等反应,与NC相容。     

纳米铝热剂Al/CuO的制备及性能

采用溶胶-凝胶法及超临界干燥技术,以聚丙烯酸(PAA)作为分散剂,1,2-环氧丙烷作为Cu(Ⅱ)离子水解促进剂制备了CuO气凝胶,并在温和、无毒的条件下制备了纳米铝热剂Al/CuO。采用比表面测试法(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、差热分析法(DTA)-差示扫描量热法(DSC)等方法对样品的结构和热反应特性进行表征。结果表明,纳米Al粒子与CuO气凝胶粒子均匀复合,形成Al/CuO。纳米铝热剂Al/CuO的反应放热峰分别出现在598℃和752℃左右,快速燃烧过程伴随明亮火焰。     

RDX/RF纳米结构复合含能材料的孔结构研究

在黑索今(RDX)/间苯二酚-甲醛树脂(RF)纳米结构复合含能材料制备的基础上,研究了RF气凝胶和RDX/RF纳米结构复合含能材料的孔结构,计算了含10%、30%、50%、70%、80%RDX的复合材料RDX/RF的比表面积、总孔体积、平均孔径,并对RF气凝胶和不同复合材料的吸附脱附等温线、中孔分布和微孔分布进行了比较。用扫描电子显微镜(SEM)对其微观形貌进行了表征,利用X射线粉末衍射仪(XRD)对复合材料中RDX颗粒的晶粒度进行了研究,在34~38 nm之间。研究表明:RDX/RF复合材料的孔径在50 nm以下,随RDX含量的增加,比表面积、总孔体积变小,平均孔径则变大;通过RF气凝胶和RDX/RF纳米复合含能材料的吸附脱附等温线、中孔、微孔分布以及中孔微分总孔体积、微孔微分总孔体积的变化比较,认为RDX的填充对气凝胶的中孔影响较大。     

ANPyO及其Cr(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)含能配合物的制备及催化性能

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO) Cr(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)两种过渡金属配合物。用FT-IR光谱和元素分析表征了这两个配合物。用DSC和TG-DTG研究了这两种配合物对RDX、HMX和AP热分解反应的影响。结果表明,Cr(Ⅲ)配合物的热分解只有一个剧烈的放热过程,残渣量为10.79%。Zn(Ⅱ)配合物的热分解有两个连续的放热过程,残渣量为12.68%。两种配合物对RDX和HMX的催化效果不明显,但使AP高温分解峰的峰温分别提前42.40 ℃和122.32 ℃,分解反应的放热量分别增加849.5 J·g-1和971.35 J·g-1,对AP分解反应有好的催化效果。     

溶胶凝胶法制备RDX/RF纳米复合含能材料

以间苯二酚和甲醛为原料,Na2CO3.10H2O为催化剂,采用溶胶凝胶法,通过RDX在间苯二酚-甲醛树脂(RF)形成的纳米网格中结晶,制备了RDX/RF纳米复合含能材料。用原子力显微镜(AFM),扫描电子显微镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD),BET比表面积分析仪对其结构进行了表征。结果表明,RF凝胶网格尺寸在几个纳米到几十个纳米之间,RDX/RF凝胶中的RDX晶粒大小平均为38 nm。空白RF气凝胶的比表面积达551.5 m2.g-1,炸药填充后样品比表面积为142.7 m2.g-1。与同组分的机械混合物相比,RDX/RF复合物的热分解峰提前约25℃,机械感度有所降低。     

高级脂肪酸酯类化合物包覆RDX的研究

为了解高级脂肪酸酯类化合物对黑索今(RDX)性能的影响,以RDX为主体,分别添加质量分数为3%和5%的2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四月桂酸酯(BHDBTL)、2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硬脂酸酯(BHDBTS)和2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四(12-羟基硬脂酸酯)(BHDBTHS)包覆RDX,制备了6个钝感RDX配方。用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、激光粒径分析、差示扫描量热分析(DSC)表征了包覆前后RDX的结构和性能,并依据GJB772-1997测试了其机械感度。结果表明,被5%BHDBTL,BHDBTS,BHDBTHS包覆的RDX比表面积分别由0.0374m2·g-1增大至0.173m2·g-1、0.344m2·g-1、0.328m2·g-1;包覆后RDX的分解热提高,当包覆剂为5%BHDBTHS时,RDX的分解热由1479.1J·g-1提高至1912.5J·g-1;当包覆剂为5%的BHDBTL、BHDBTS和BHDBTHS时,包覆后RDX的撞击感度分别为28%、48%、52%,摩擦感度分别为20%、60%、48%。     

含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐的推进剂能量特性计算

采用最小自由能法,在标准状态下(膨胀比为70/1),计算了含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐(HADNMNT)的丁羟复合推进剂和改性双基推进剂的能量特性。理论计算可知,HADNMNT单元推进剂的密度比冲为4936.4 N·s·dm-3,高于黑索今(RDX),低于奥克托今(HMX)和六硝基氮杂异伍兹烷(CL-20);利用HADNMNT完全取代高氯酸铵(AP)后,丁羟复合推进剂的比冲提高了428.7 N·s·kg-1;绘制了HADNMNT与RDX、Al组成的丁羟复合推进剂的等比冲三角图,直观的反映了比冲与配方的关系,HTPB、HADNMNT、RDX及Al的含量分别为10%、60%~62%、14%~16%以及14%~15%时,获得推进剂的最高理论比冲为2778.9 N·s·kg-1。利用HADNMNT完全取代RDX后,改性双基推进剂的比冲为2522.9 N·s·kg-1:通过添加Al并调节HADNMNT与Al在改性双基推进剂中的含量,获得推进剂的优化配方为:NC 25%,NG 33%,HADNMNT 11%,Al 20%,DINA 3.5%,其他助剂7.5%,其理论比冲为2598.5 N·s·kg-1。     

新型亚稳态合金材料冲击释能特性

为研究新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的冲击释能特性,采用准密封箱试验系统对含能破片进行了冲击超压试验,研究了材料在不同冲击速度下的超压时程曲线变化规律、超压峰值和超压峰值增长率。对比了新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料与多种多功能含能结构材料的单位质量能量密度和单位体积能量密度。结果表明材料超压时程曲线呈先急速上升后缓慢下降的特点,其超压峰值、超压峰值增长率均与冲击速度正相关;当冲击速度大于1400 m·s~(-1)时,其反应效率接近40%。低速冲击时,材料的能量密度与其它含能破片相近,冲击速度达到1100 m·s~(-1)时,其能量密度快速上升,并超越其它种类含能破片,当冲击速度为1485 m·s~(-1)时,新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的单位质量能量密度达到3.83 kJ·g~(-1),单位体积能量密度达到0.026 kJ·mm~(-3)。     

N,N'-二(三硝基乙基)-5,6-二氨基呋咱并[3,4-b]吡嗪(DNFP)的合成与性能

以5,6-二羟基呋咱并[3,4-b]吡嗪(DHFP)为原料,经氯代、胺化、N-羟甲基化反应、缩合得到N,N'-二(三硝基乙基)-5,6-二氨基呋咱并[3,4-b]吡嗪(DNFP),产率为31%。采用IR、1H NMR、13C NMR、元素分析对其结构进行了表征。探讨了DNFP的合成反应机理及反应条件。采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d,p)方法计算了DNFP的生成焓。同时利用Kamlet-Jacobs公式预测其爆热,爆速,爆压分别为:6714 J·g-1,8.91 km·s-1,36 GPa。     

三维纳米结构FOX-7的构筑与热分解性能

以具有三维纳米网格结构且可降解的聚缩醛胺气凝胶(PHA)作模板,采用蒸发结晶法,原位诱导1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)结晶析出,得到FOX-7/PHA复合物,然后利用硫酸的稀溶液(10%)降解去掉模板,即可得到具有三维纳米结构的FOX-7(nano-FOX-7)。高效液相色谱(HPLC)测定nano-FOX-7的纯度为99%,说明模板基本去除完全。对样品的形貌、物相、结构和热分解性能进行了表征测试。结果表明,去模板后的nano-FOX-7较为完整地保留了模板PHA的三维纳米网络结构,其中FOX-7的平均晶粒尺寸为83.68 nm。与raw-FOX-7相比,特殊的纳米多孔结构使FOX-7的转晶峰和低温分解峰分别延后11.3℃和21.3℃,放热几乎集中在高温分解峰291.0℃处,分解焓从原料的1309 J·g-1增加到1421 J·g-1,表观活化能提高了128.62 kJ·mol^-1,增幅达31.46%,能量释放效率和热稳定性大幅提高。     

量气法研究ADN与(NC+NG)的相互作用

用 NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度下二硝酰胺铵(ADN)与双基吸收药(NC NG)体系的相互作用,从动力学角度阐述了二者的相互作用.结果表明: ADN与(NC NG)混合物加热分解的最终放气量在标准状态下为626.8 mL·g-1,与ADN和(NC NG)最大放气量之和相比并没有增加,但分解速度显著提高,活化能显著降低至82.58 kJ·mol-1,ADN与(NC NG)之间存在强烈的相互作用.     

二苯胺对硝化棉的等温热分解动力学的影响

为研究二苯胺(DPA)对硝化棉(NC)的等温热分解动力学的影响,采用等温热分解量气装置,获得378.15～398.15 K时NC/DPA(3%)混合样品热分解产生气体的压力随时间变化曲线,该曲线中存在明显的拐点。通过Arrhenius方程和模式配合法获得NC/DPA(3%)混合样品在拐点前和拐点后的等温热分解动力学参数。采用Berthelot方程外推得到不同温度下NC/DPA的贮存寿命。结果表明,拐点前NC/DPA(3%)混合样品的活化能为164.6 kJ·mol~(-1),拐点后NC/DPA(3%)混合样品的活化能为150.4 kJ·mol~(-1);与原料NC相比,拐点前NC/DPA(3%)混合样品的活化能提高17.7 kJ·mol~(-1);以分解深度0.1%作为评判标准,室温下NC/DPA(3%)混合样品可贮存18.3年,表明添加3%DPA后可延长NC贮存寿命7.7年。     

硝酸羟胺(HAN)水凝胶性能研究

研究了硝酸羟胺水溶液凝胶化的工艺过程并通过密闭爆发器实验评价了不同水含量凝胶体的燃烧性能。结果表明,此种工艺制备的含水量为34.92%的硝酸羟胺(HAN)凝胶体能量可达757.58J·g-1,燃烧时间少于52.30ms,可广泛应用于固体推进剂系统及安全制动系统中。     

RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料的制备及性能

为了在降低黑索今(RDX)机械感度的同时提高其热分解性能,以四甲氧基硅烷为前驱物,氟硼酸为催化剂,用溶胶-凝胶法制备了RDX-Al质量分数分别为30%、50%、70%(RDX与Al质量比均为6∶1)的三种RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X-射线衍射(XRD)对其形貌及结构进行了表征;用热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)研究了样品的热性能;按GJB772A-1997的方法测试了样品的机械感度。结果表明:RDX/Al/SiO_2是以SiO_2为凝胶骨架,Al与RDX进入到凝胶骨架中形成的纳米复合含能材料;该复合材料中RDX的最小平均粒径为65.09 nm,且其粒径随RDX-Al含量的增加而增大;当RDX-Al的质量分数为30%时,与纯RDX相比,该复合材料中RDX的分解温度较纯RDX提前22.4℃,与原料RDX相比,样品的特性落高提高108.6 cm,爆炸百分数降低60%。