集成器件化纳微结构炸药片制备及性能研究

为满足微型爆炸元件中含能材料集成化的需求,以RDX、HMX 为研究对象,采用溶剂/非溶剂重结晶和软模板方法相结合,得到片状的RDX 和HMX 晶形。用扫描电镜(SEM) 分别观察其表面形貌,发现RDX 片有两种结构:六边形RDX 片晶厚度约3 μm,长在20 ~50 μm 范围内;四边形RDX 厚度约1 μm,长在10 ~50 μm 范围内;HMX 片晶为长方形,厚度小于1 μm,长在3 ~10 μm 范围内。对3 种含能片进行撞击感度和热分解性能测试,结果表明:片状含能材料的撞击感度比类球形含能材料高,但分解放热峰值基本不变化。     

微小型起爆序列初步设计与性能研究

为适应引信微小型化发展的需求,采用基于微机电系统工艺技术,开展微小型起爆序列的设计及性能测试研究。起爆序列初步集成了引信安全与解除保险及发火功能,体积为3 cm³; 该结构包括底层、中间层和顶层,其中底层包括隔断单元和传爆药装药,中间层由微雷管和硅基烟火微驱动器构成,顶层为信息控制电路。测试结果表明,微小型起爆序列实现了解除保险、安全隔爆与可靠传爆的功能,平均输出爆轰压力为10.85 GPa.     

薄膜桥火工品的制备与性能研究

为了提高火工品的安全性及点火可靠性,采用掩模法,利用磁控溅射技术制备了一种蝶形金属薄膜桥,在薄膜桥表面涂15~20 mg斯蒂芬酸铅(LTNR),进行了安全电流试验、抗静电试验及与桥丝的对比试验,研究了其安全性能和点火性能,并利用红外热成像技术验证其发火时桥区的热分布。结果表明,这种金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和机械性能;薄膜桥通电时其中心最窄处热量较集中。     

高活性AlMg/KMnO4铝热剂的性能研究

采用机械球磨法制备了不同比例的AlMg 合金,采用超声分散法制备了AlMg/ KMnO₄ 铝热剂,该种铝热剂有希望成为一种有潜力应用于反应材料和火炸药领域的含能材料。通过DSC、点火温度和燃烧产物分析,对AlMg/ KMnO₄ 进行了表征分析。结果表明:随着镁含量的增加,AlMg/KMnO₄点火温度明显降低,从723 K 降低至493 K,反应活性得到大幅提高;在AlMg/ KMnO₄ 铝热剂的燃烧产物中出现了Al₂O₃、MgO 以及Mn 单质,可知Mn 单质是AlMg/ KMnO₄ 发生的铝热反应生成的;综合DSC 曲线还可以进一步得出与AlMg 合金发生反应的是KMnO₄ 的分解产物而不是KMnO₄.     

高球形度核壳结构超级铝热剂的制备及点火性能

为得到含能材料3D打印用球形核壳结构超级铝热剂,采用固体颗粒间直接包覆喷雾造粒法制备了Al_2#@CuO与Al_2#@Bi₂O₃高球形度核壳结构超级铝热剂。利用NanoMeasure统计软件研究了构筑参数（粒径比、固含量）对其粒径尺寸的影响;通过电镜、X射线衍射仪表征了球形核壳结构;采用休止角法表征其流散性;利用高速摄影机观测其点火特性。结果表明,固含量为25%、2#铝粉与纳米金属氧化物（CuO、Bi₂O₃）粒径体系构筑参数所得2种球形核壳结构超级铝热剂结构为理想球形核壳结构,平均粒径约40 μm,壳层平均厚度分别为7.79 μm（Al_2#@CuO-25%）、10.47 μm（Al_2#@Bi₂O₃-25%）;与机械混合样相比,球形核壳结构超级铝热剂的流散性有较大提升,Al/CuO体系由48.8°减小至22.9°,Al/Bi₂O₃体系由37.3°减小至16.6°,Al_2#@CuO球形核壳结构超级铝热剂的燃烧时间由100 ms增加到了0.9 s左右,表明改变微观结构会影响其燃烧特性。     

静电喷射纳米铝热剂的微推进性能

纳米铝热剂可用作基于微机电系统(MEMS)的固体化学微推进器的装药。添加含能粘结剂可以增强纳米铝热剂的推进性能表现。选择硝化棉(NC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)作为含能粘结剂,利用静电喷射的方式制备纳米铝热剂,从理论和实验系统地研究了燃料/氧化剂的平衡配比、粘结剂含量对推进性能的影响,并与相同条件下机械混合纳米铝热剂的推进性能比较。结果表明:静电喷射较机械混合纳米铝热剂的固体颗粒分布均匀;Al/CuO的计算最佳平衡配比为0.9,最佳实验平衡配比为1.8;当NC含量为2.5%时,比冲可以达到250.2 m·s~(-1),与无粘结剂的Al/CuO相比增加比例为8.0%;PVDF的加入降低了实验比冲值。粘结剂的分解产物将纳米颗粒分开,增加了凝聚相反应的特征传质长度,导致燃烧持续时间从2.9 ms显著地增加到87.8 ms。     

硅基微雷管的原位装药及性能研究

微机电安全保险机构芯片化集成技术的发展,对基于微机电制造工艺的硅基微雷管提出了需求,雷管装药尺寸的减小要求含能材料感度高、起爆威力大。为解决微小尺寸敏感药剂装填的技术难题,文中采用原位生成多孔叠氮化铜的方法,对硅基微雷管进行装药研究。依据GJB/Z 377A-1994 感度试验用兰利法测试硅基微雷管的发火感度,使用电流环测试硅基微雷管发火实际利用的能量,同时对输出威力进行定性测试。测试结果表明：发火电路用充电电容为33 μF时,硅基微雷管的平均发火电压为7.89 V,输出威力可以起爆六硝基杂异伍兹烷(CL-20)装药。     

核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂的制备及燃烧性能

为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜-均苯三甲酸（Cu（BTC））和铁-均苯三甲酸（Fe（BTC））交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能（铝热反应温度）和燃烧性能（燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等）进行研究。结果表明：层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu（BTC）/Fe（BTC）的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间（0.509 s）、最短的燃烧时间（2.036 s）和最高的燃烧温度（1425 ℃）,此时,Cu（BTC）和Fe（BTC）的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5 ℃和735.0 ℃。     

Mg/PTFE薄膜制备与性能表征

以镁(Mg)为可燃物质,聚四氟乙烯(PTFE)为氧化剂,利用磁控溅射和真空蒸镀两种方法,制备薄膜烟火器件,研究两种制膜工艺在性能上的差异,并对其附着力、薄膜粒度和燃速进行了测量。结果表明,磁控溅射制得的薄膜附着力为35.88mN,粒度为0.1～0.5μm,燃速为(623.9±12.5)mm.s-1,其主要性能优于真空蒸镀法制得的薄膜。     

富勒烯肼硝酸盐的制备及其热分解性能

以富勒烯、水合肼为原料合成富勒烯肼,富勒烯肼再与浓硝酸反应得到一种新型含能燃烧催化剂—富勒烯肼硝酸盐,并采用红外、紫外、元素分析及X射线光电子能谱等现代分析测试技术对产物结构进行了表征。采用差热分析（DTA）法和热重分析（TGA）法对富勒烯肼硝酸盐的热稳定性进行了研究,结果表明,在动态空气气氛下,其具有一定的热稳定性。采用DTA法,对加入富勒烯肼硝酸盐前后硝胺炸药黑索今（RDX）和奥克托今（HMX）的热分解行为进行了研究,结果表明,加入富勒烯肼硝酸盐后,RDX和HMX在不同升温速率（2.5 ℃/min、5 ℃/min、10 ℃/min和20 ℃/min） 条件下的放热峰值温度均降低,RDX分解活化能降低了约17 kJ/mol,HMX分解活化能降低值大于20 kJ/mol,由此表明富勒烯肼硝酸盐对RDX和HMX的热分解均有一定的催化作用。     

液相化学法制备纳米铝粉及其表征

为了得到微结构可控的纳米铝粉,尝试用液相化学法制备纳米铝粉,并采用X射线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)对其进行表征。研究了原料摩尔比、催化剂用量和分解温度对铝粉形貌、粒径和组成的影响。在此基础上,优化出最佳制备工艺参数,当AlCl₃∶LiAlH₄摩尔比为1∶6,催化剂用量为0.04 mL,分解温度为110 ℃时,制得的纳米铝粉为类球形,平均粒径约为50 nm,杂质Cl、Ti含量少。     

含湿氢氧掺混燃烧室动态过程数值分析研究

含湿氢氧掺混燃烧室的动态特性直接关系着水下热动力系统的工作安全性。为了研究该型燃烧室的动态过程规律,基于喷管原理推导出工质流入、流出燃烧室的质量流量,利用质量守恒定律和能量守恒定律得到室内气液相质量、温度变化所满足的方程式,利用液滴群蒸发模型考虑气液相的相间作用,进而完成该型燃烧室动态过程详尽模型的建立。利用该模型编写计算程序,完成某含湿氢氧掺混燃烧室动态过程仿真。结果表明：各仿真曲线能够较好地反映对应参数的动态变化规律,验证了模型建立与仿真的正确性;随着掺混冷却水流量的增加,燃烧室温度降低、压力升高,且温度变化是主要方面。     

基于气流粉碎法的超细类球形高氯酸铵批量制备及其表征

利用经过改进的气流粉碎机直接制备了超细类球形高氯酸铵(AP)粒子,通过扫描电子显微镜、激光干法粒度仪、傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪表征了原料AP、超细非球形AP和超细类球形AP 的形貌、粒度、样品成分和晶体结构。对同粒度超细类球形AP与非球形AP粒子的热分解性能、机械感度、堆积密度、吸湿性与结块性进行了测试。结果表明,利用气流粉碎法直接制备的超细AP粒子基本为类球形,粒度大约2 μm,粒度均匀,表面光滑无缺陷,且分散性良好,过程无杂质引入。球形化后AP粒子相比同粒度非球形AP粒子：热稳定性略微提高,撞击感度降低37.6%,摩擦感度降低26.7%;松装堆积密度提高了10.7%,振实密度提高了24%;吸湿与结块性明显改善。     

显微方法在发射药燃烧残渣溶解性研究中的应用

针对身管武器发射药燃烧残渣擦拭问题,采用显微方法研究发射药燃烧残渣的溶解过程,取得了燃烧残渣在不同溶剂中的溶解率数据。开展了优化溶剂配方的正交实验,配制了对发射药燃烧残渣去除率优于99%的溶剂。结果表明：应用显微方法可实时观测残渣的溶解过程,据此可建立一种有效的溶解性研究方法。     

基于流动与化学反应耦合的镁/聚四氟乙烯烟火剂二维燃烧模型及数值计算

针对镁/聚四氟乙烯(MT)烟火剂燃烧过程中湍流对燃烧的影响关系,建立流动与化学反应相耦合的二维计算流体力学模型,模拟不同质量比MT烟火剂稳态燃烧过程,获得了燃烧场温度、组分分布特性,并将计算结果与文献\[10,16,18\]值进行对比。对比结果表明：燃烧场温度上升段大约20 mm, 这与文献\[10\]实验值吻合较好,且温升段距离与反应机理C₂F₄+M2CF₂+M区域位置相对应;当量质量比为33/67的MT火焰温度最高,与热力计算结果相一致,随着质量比的增加,存在不完全反应;燃料Mg的消耗主要通过与CF₂的氧化反应,Mg与F的反应过程不能忽略,且随着质量比的增大,燃烧产物MgF的比例减少。     

小口径可燃药筒及装药的燃烧性能研究

为改善可燃药筒的燃尽性,以含能纤维为添加组分,经抽滤模压工艺制备了3个配方的小口径可燃药筒,并对所制药筒的燃烧性能与力学性能进行了测试研究,同时分析了药筒装药的能量释放规律。结果表明：含能纤维的引入能够使得可燃药筒的燃烧速度加快,燃烧结束时间缩短,火药力增大,药筒的燃尽性得到改善;和4/7-单与可燃药筒组成的装药相比,可燃药筒与19孔火药匹配较合理,装药能量下降幅度小,能量释放充分。可燃药筒与19孔火药组成装药的射击实验表明,含能纤维的加入能够提高药筒装药的弹道性能。     

PMMA在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的实验研究

为研究聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)在固体燃料冲压发动机（SFRJ）中的燃烧特性,开展了不同装药通道直径、补燃室压强、来流空气质量流率等工况下的SFRJ直连式实验研究。成功获得了不同工况下压强、温度的变化规律、燃面平均退移速率、局部燃面退移速率。实验结果表明：装药通道直径增大,燃面平均退移速率降低,但补燃室压强和温度随之增大;在低压（＜0.8 MPa）条件下,补燃室压强越低,燃面平均退移速率、补燃室温度均随之降低,但影响是有限的。同时,当装药通道直径较小(Dp<=30 mm)时,首次发现了SFRJ的侵蚀效应现象。     

高致密球形黑索今晶体的制备和性能

介绍了一种能够制备高致密黑索今（RDX）晶体的方法。分析溶液浓度、结晶温度、搅拌速率、稀释速率等工艺条件变化对于RDX晶体密度的影响,制备了高致密RDX晶体。测试了高致密RDX晶体的晶体形状和缺陷、晶体密度、熔点、热性能和热感度。结果表明,采用特定工艺条件制备出的高致密RDX晶体和普通RDX晶体相比,密度增加0.023g/cm3,高达1.808g/cm3,是理论密度的99.56%;内部缺陷明显减少;熔点提高1.5℃,分解峰温度提高3.66℃;5s爆发点提高1℃,安全性能略优于普通RDX.