MgH2对含能材料点火燃烧性能影响的实验研究

为了研究MgH_2对典型含能材料点火燃烧性能的影响规律,采用激光点火和高速摄影可视化技术对MgH_2与RDX等5种含能材料的混合物进行了点火延迟时间和火焰传播速度的测试与计算。结果表明,MgH_2的质量分数为50%和11.1%时对于提高RDX点火燃烧性能的效果最佳;质量分数11.1%的MgH_2最有利于HMX点火燃烧性能的改善;对于CL-20,添加质量分数20%～33.3%的MgH_2可显著提升其火焰传播速度,但是当MgH_2的质量分数为50%和11.1%时混合物的点火延迟时间更短;FOX-7和ADN与MgH_2混合物的点火延迟时间均小于含能组分和MgH_2各自的点火延迟时间,即此类含能材料与MgH_2的点火过程具有相互促进的作用;综合考虑FOX-7点火性能和火焰燃烧性能的提升,添加质量分数11.1%的MgH_2最为有利;MgH_2对ADN点火燃烧性能的提升与MgH_2的添加量成正比。MgH_2促进含能材料点火燃烧性能提升的原因在于MgH_2的分解产物促进了含能材料相态转变,最终促进了点火燃烧性能的提升。     

金属/AP颗粒混合物燃烧特性的光谱分析

为了使Al/AP双组元粉末火箭发动机密度比冲最大化,将燃烧室特征长度由2.31 m增至 12.62 m进行了Al/AP粉末火箭发动机点火测试.采用光谱仪、CCD 相机、CO2 激光点火器等对 Al/AP 混合物在 1.0132 5 × 105 Pa的氮气环境中的点火延迟、燃烧时间、燃烧平稳性等燃烧性能进行了研究.测量了Al颗粒的表观堆积密度.作为一种替代燃料,对镁颗粒也进行了研究.结果表明,增加燃烧室特征长度至 12.62 m 时,可以得到最大燃烧室压强振荡幅度±2 .43%的平稳燃烧性能.含粒径 1μm 铝粉的 Al/AP 混合物其燃烧过程的光强远大于含粒径10μm铝粉的样品,并且其在波长 568 nm 发射光谱的光子数强度超过了光谱仪检测上限(65 000 数).而含粒径10μm铝粉样品燃烧过程的568 nm发射光谱信号出现间断且其全程强度低于 19 036 数.粒径 10μm 铝粉点火延迟时间为粒径1μm铝粉点火延迟时间的3.65 倍,燃烧时间为3.03 倍以上,最大RAlO却比 1μm铝粉少 14.3%,密度低21 .3%,说明粒度小的铝粉具有更好的燃烧性能,但是其堆积密度也更低.虽然Mg/AP的理论比冲为Al/AP的95.6%,但是其堆积密度比粒径1μm铝粉高8%,其点火延迟时间比粒径10μm铝粉短 90.3%.火焰照片也表明镁粉可在很大程度上减少凝相沉积.     

金属/AP颗粒混合物燃烧特性的光谱分析（英文）

为了使Al/AP双组元粉末火箭发动机密度比冲最大化,将燃烧室特征长度由2.31m增至12.62m进行了Al/AP粉末火箭发动机点火测试。采用光谱仪、CCD相机、CO2激光点火器等对Al/AP混合物在1.0132 5×105Pa的氮气环境中的点火延迟、燃烧时间、燃烧平稳性等燃烧性能进行了研究。测量了Al颗粒的表观堆积密度。作为一种替代燃料,对镁颗粒也进行了研究。结果表明,增加燃烧室特征长度至12.62m时,可以得到最大燃烧室压强振荡幅度±2.43%的平稳燃烧性能。含粒径1μm铝粉的Al/AP混合物其燃烧过程的光强远大于含粒径10μm铝粉的样品,并且其在波长568nm发射光谱的光子数强度超过了光谱仪检测上限(65 000数)。而含粒径10μm铝粉样品燃烧过程的568nm发射光谱信号出现间断且其全程强度低于19 036数。粒径10μm铝粉点火延迟时间为粒径1μm铝粉点火延迟时间的3.65倍,燃烧时间为3.03倍以上,最大RAlO却比1μm铝粉少14.3%,密度低21.3%,说明粒度小的铝粉具有更好的燃烧性能,但是其堆积密度也更低。虽然Mg/AP的理论比冲为Al/AP的95.6%,但是其堆积密度比粒径1μm铝粉高8%,其点火延迟时间比粒径10μm铝粉短90.3%。火焰照片也表明镁粉可在很大程度上减少凝相沉积。     

四种混合不同碳材料的FOX-7粉末激光点火：点火延迟实验与简化计算（英文）

针对1,1-二胺-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)因点火相对困难而限制其广泛应用的问题，利用CO₂激光器在一定的功率密度范围对4种混合不同碳材料的FOX-7粉末开展了点火实验，研究点火延迟时间的变化趋势。采用两种简化模型对点火延迟时间进行计算与分析，以探究点火机理和指导FOX-7的点火性能提升。结果表明，几种碳材料的添加会导致FOX-7粉末点火延迟时间发生不同程度的缩短。石墨烯和氧化石墨烯在缩短点火延迟方面表现出相对较强的促进作用，石墨的效果较为轻微。计算结果显示，模型1比模型2更适合预测FOX-7粉末的点火延迟时间。机理分析表明，石墨烯的添加能够有效提升FOX-7粉末对辐照能量的吸收且减小能量损失。研究表明FOX-7粉末样品的主要点火诱导过程受到激光辐照下传热性质的强烈影响。     

Al/PTFE亚稳态分子间复合物的制备及其在高温水蒸汽中的反应性能研究

为了提高铝与高温水蒸汽的反应活性，采用机械球磨法在不同球磨时间下制备得到了铝基聚四氟乙烯亚稳态分子间复合物(Al/PTFE);通过扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射、同步热分析仪研究了Al/PTFE的微观形貌、晶型及氧化性能；利用水蒸汽反应装置研究了Al/PTFE在高温水蒸汽中的点火性能；用扫描电镜、激光粒径分析仪、X射线衍射分析仪研究了Al/PTFE燃烧产物的微观形貌及组成。结果表明，Al/PTFE复合物的形貌随球磨时间的增加由片状向块状转变，粒度随球磨时间的增加而减小；3h球磨制备的Al/PTFE复合物与高温水蒸汽反应时展示出最佳的反应活性，反应产物的中值粒径(D₅₀)为17.2μm; 3h球磨制备的Al/PTFE复合物在600℃和700℃高温水蒸汽下的点火延迟时间分别为29s和15s,且点火温度比1h和5h球磨制备的Al/PTFE更低。     

金属粉对NC/TMETN/FOX-7低敏感改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了铝粉(Al)、镁铝合金粉(Mg-Al)和硼粉(B)以及铝粉含量、粒度等对NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂燃烧性能(燃速和压强指数)的影响;采用单幅放大彩色摄影法研究了其火焰结构。结果表明,推进剂配方中添加金属粉可提高NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速,金属粉使推进剂燃速的增大幅度由大到小依次为:Al-MgAlB;随着Al粉(粒径12.5μm)质量分数由0增至10%,NC/TMETN/FOX-7推进剂的燃速先增大后减小,当铝粉质量分数为5%时推进剂燃速最高,达到21.19mm/s;NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速随着铝粉粒度的增大而增大,铝粉粒径由12.5μm增至45μm时,10MPa下推进剂的燃速由21.19mm/s增至24.47mm/s,8～14MPa的压强指数降至0.20以下;NC/TMETN/FOX-7推进剂的火焰结构与NC/NG基推进剂相似,由预热区、亚表面及表面区、暗区和火焰区组成,各区之间的界限不明显。     

含不同粒度HMX的PBX(HMX)在AP促进下的热分解及激光点火性能

为探究主体炸药HMX的粒度对PBX(HMX)/AP复合含能材料的热分解和激光点火性能的影响,通过溶剂-非溶剂法对原料HMX和AP进行重结晶并筛分得到不同粒径分布的HMX_R和细粒度AP_R(5～20μm),进而制备含不同HMX粒度的PBX(HMX)/AP,对所得晶体和复合物分别进行SEM、DSC、DSC-IR及热分解动力学和1064nm激光点火测试。结果表明,HMX_R和AP_R的热分解表观活化能E_a和热爆炸临界温度T_b随着晶体粒度减小而减小;PBX(HMX)/AP中,HMX_RC的粒径范围为30～140μm、d₅₀为68μm、按HMX与AP零氧平衡配比的PBX(HMX_RC)/AP热性能最优,其热分解表观活化能E_a为212.78kJ/mol,比HMX_RC降低约274.44kJ/mol;其热爆炸临界温度为197.45℃,比HMX_RC降低约...     

超低温重结晶法制备纳米FOX-7及性能研究

为了制备出粒径均匀且分散性较好的纳米FOX-7,采用液氮超低温重结晶法在不同溶剂条件下制备了纳米FOX-7;采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的性能进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,所制备的纳米FOX-7的平均晶粒度为30nm左右,颗粒平均粒径均在100~200nm之间;与原料FOX-7相比,其高低温分解放热峰之间的温度范围变窄,能量释放效率及分解放热焓有较大提高,撞击感度和摩擦感度明显降低。不同溶剂由于其溶解度和极性的不同,所制备样品的颗粒粒径有所不同,溶解度与极性越大,所制备的颗粒粒径越小、热性能越好、感度更低。当溶剂为N-甲基吡咯烷酮时,所制备的纳米FOX-7的颗粒粒径在100nm以下占比为18%,初始分解峰温提高了11.8℃,分解放热焓提高了19%,特性落高从87.2cm提高至138.2cm,摩擦感度从216N提高至360N。     

超细HMX的表面能研究

用DCAT21型表面/界面张力仪测量了原料HMX（奥克托今,45μm～62μm）、超细HMX（0.2μm～1.7μm）和黏结剂FPM2602的接触角,并计算出它们的表面能。分析了HMX随粒径变化时其表面能的变化规律和黏结剂包覆超细HMX表面能的基本要求。结果表明,细化HMX表面能随粒径的减小有增加的趋势;黏结剂的表面能低于超细HMX的表面能,理论和实验均证明黏结剂FPM2602能包覆于超细HMX的表面。     

微/纳米HMX粒度级配对TNT基熔铸炸药性能的影响

为了提高TNT/HMX熔铸炸药的装药质量,将HMX进行微/纳米粒度级配后应用于TNT基熔铸炸药中。分别采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和固体密度排水法研究了HMX微/纳米粒度级配对TNT/HMX(质量比为40∶60)熔铸炸药的微观结构与密度均一性的影响;测试了含不同HMX微/纳米粒度级配的TNT基熔铸炸药的抗压强度、抗拉强度、撞击感度、摩擦感度和爆速。结果表明,与采用单一粗颗粒HMX(d_(50)=100μm)所制备的TNT基熔铸炸药相比,当采用质量分数15%纳米级HMX(d_(50)=100nm)、15%微米级HMX(d_(50)=5μm)、70%粗颗粒HMX(d_(50)=100μm)时,制备的TNT基熔铸炸药药柱内部缺陷少,密度均一性好,抗压强度提高200%,抗拉强度提高128%,撞击感度降低45.5%,摩擦感度降低46%,爆速增加32m/s,表明综合性能得到明显提高。     

TEX对HMX的包覆降感

为降低HMX的机械感度并保持其爆轰性能,采用溶液-水悬浮包覆法,利用4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环[5.5.0.0~(5,9).0~(3,11)]十二烷(TEX)和氟橡胶F_(2603)对HMX进行包覆降感;考察了TEX与HMX的粒度级配、主炸药质量比以及黏结剂用量对包覆炸药感度的影响;观察了TEX/HMX包覆炸药的微观形貌,测试其晶型结构、撞击感度、摩擦感度和爆速等参数,并进行了对比分析。结果表明,TEX可在HMX的表面形成保护层;黏结剂F_(2603)质量分数3%时为最佳用量,且包覆后HMX的晶型保持不变,仍为β型;超细TEX(d_(50)=4.532μm)和HMX(d_(50)=10.234μm)粒度级配下的降感效果最好,与原料HMX相比,TEX/HMX(质量分数30%TEX)混合炸药的撞击感度和摩擦感度分别降低了48%和68%,在装药密度为1.72g/cm~3时的实测爆速可达到7 932m/s。     

NC基高能低敏感发射药的低温抗冲击强度

为研究NC基高能低敏感发射药的低温力学性能,通过改变配方中硝化棉(NC)的种类、增塑剂ZSJ-X的含量、FOX-7的含量以及RDX和FOX-7的粒度,制备了4种NC基高能低敏感发射药,采用电子万能材料试验机测试了其低温抗冲击强度。结果表明,降低黏结剂的含氮量,增加增塑剂ZSJ-X的含量,用FOX-7替代部分RDX,降低RDX和FOX-7的粒度,能够提高NC基高能低敏感发射药的低温抗冲击强度。当NC基高能低敏感发射药的配方(质量分数)为:NC(含氮量12.6%)37%、ZSJ-X 25%、FOX-7(粒径19μm)13%、RDX(粒径5μm)33%时,低温抗冲击强度最佳,达到7.75kJ/m2。     

PBX造型粉粒径及压制状况对撞击感度的影响

为研究PBX造型粉颗粒粒径以及压制成型对撞击感度的影响规律,选用10-20μm的HMX、FOX-7、HNS-IV、LLM-105四种含能晶体与氟聚物制成PBX造型粉,测试了五种PBX颗粒粒径范围的样品经过压制前后的撞击感度,同时考察了添加石墨降感剂对撞击感度性质的影响规律。使用扫描电镜观察了不同PBX颗粒粒径中含能晶体颗粒的分布情况。结果表明,相同配方的PBX样品在不同的颗粒粒径下撞击感度结果差异明显,表现为颗粒粒径增加,撞击感度降低;而压制成型的样品撞击感度更低。添加石墨样品的撞击感度降低明显,撞击感度变化规律与未添加石墨的样品相同。由于撞击感度测试结果与PBX粉末颗粒堆积以及压制状态密切相关,在进行材料性能评估时,应选择与实际应用状态相近的样品进行撞击感度测试,从而增加结果对比的可靠程度。     

湿法研磨制备改性HMX及其机械感度研究

通过湿法研磨制备出不同粒度的改性HMX晶体,采用折光匹配法对其形貌进行表征,并测试了改性HMX的机械感度。讨论了研磨速率对HMX粒径的影响,以及改性前后HMX的机械感度,分析了湿法研磨对HMX机械感度的影响机理。结果表明,研磨速率为0.524m/s时得到的HMX粒度最小,为43.1μm,改性后的HMX摩擦感度降低60%,撞击感度降低68%,且研磨晶体粒度越小,晶体特性落高数值越大。晶体粒度及内部缺陷对机械感度的影响机制主要是研磨后晶体粒度减小且晶体内部缺陷减少,受到外力作用时,晶体内部热点产生和传播的概率降低。     

硼烷合乙二胺的点火、燃烧及热解特性

为探索高氢含量硼烷合乙二胺储氢材料在空气中的燃烧性能,使用气相合成方法制备了硼烷合乙二胺(EDAB)微米颗粒。通过连续激光点火实验,测试了其点火和燃烧参数;通过在氮气和空气中的热解实验,研究了其燃烧过程机理。结果表明,硼烷合乙二胺的燃烧具有点火延迟时间短、点火能量低的特点,在常温常压静止空气流中,点火功率密度为10~9 W/m~2量级时,微米级硼烷合乙二胺的点火延迟时间为0.000 2~0.000 9s,最小点火能量仅0.000 1J;其连续激光点火燃烧过程分为两个阶段,分别产生亮蓝色与黄色火焰。结合材料在氮气及空气中的热解行为,推测该材料燃烧第1阶段蓝色火焰对应其热解释放氢气的燃烧,第2阶段的黄色火焰对应其骨架高温裂解所生成挥发物的燃烧。     

高品质压装HMX基PBX炸药的冲击波感度

为改善HMX基PBX的安全性能,通过隔板试验研究了高品质HMX的粒度对压装PBX炸药冲击波起爆性能的影响.结果表明·对于相对密度较高(98.5％TMD)的压装HMX基PBX,与普通品质(平均粒径30μm)相比,使用高品质HMX(20 μm)后PBX的冲击波感度下降了7％,当高品质HMX的粒度增至150μm后,其冲击波起...     

静电喷雾法制备TKX-50/Al/GAP含能微单元及其性能研究

为了获得钝感和组分均匀的含能微单元,采用静电喷雾法制备了TKX-50/Al/GAP复合微球;采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(FT-IR)对其形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)测试了热分解性能;采用高速摄影仪测试其点火燃烧性能;根据GB/T 21567-2008、GB/T 21566-2008标准对其感度进行了测试。结果表明,静电喷雾法制备的TKX-50/Al/GAP含能微单元组分分布均匀,为粒径2~3μm的微球;与物理混合法相比,微球的表观分解热提高了860.7J/g,活化能升高了12.07kJ/mol,;静电喷雾法制备的微球点火延迟时间为11ms,燃烧时间为409ms;撞击、摩擦和静电感度与物理混合样品相比,分别降低了83J、80N和0.05J,表明静电喷雾法制备的TKX-50/Al/GAP含能微单元具有良好的安全性能。     

超细ANPyO/HMX混晶炸药的制备与性能

为提高超细ANPyO/HMX的能量输出,采用溶剂/非溶剂法和水悬浮法制备了超细ANPyO/HMX混晶炸药。用SEM、XRD、红外光谱对其结构进行表征,并测试了其比表面积、真空安定性、撞击感度、冲击波感度、爆速和飞片起爆感度。结果表明,XRD和红外光谱特征峰的位移现象说明超细混晶炸药中ANPyO分子的氨基与HMX分子的硝基形成了分子间氢键;ANPyO/HMX混晶炸药(ANPyO与HMX质量比为70∶30)撞击感度为138cm,真空安定性为1.72mL/g(200℃)和4.50mL/g(250℃)。装药密度为1.84g/cm3时,混晶炸药冲击波感度为7.1mm,爆速为8 080m/s,最低起爆电压为2.91kV,是一种感度适中、易于被短脉冲起爆、能量输出高的超细混晶炸药。     

FOX-7晶体形貌对感度的影响

通过在DMSO/H2O、冰醋酸、环己酮、乙腈、DMF/H2O溶剂中重结晶得到FOX-7晶体,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)对其进行了表征,测试了不同晶体的机械感度。结果表明,在不同溶剂中重结晶得到的FOX-7晶体形貌与粒径变化较大,在DMF/H2O中重结晶的FOX-7晶体形貌较好,接近于对称的球体;5种溶剂中得到的FOX-7晶体未发生晶型转变,均为α晶型;在DMSO/H2O和DMF/H2O中重结晶得到的FOX-7晶体的感度最低(撞击感度为4%,摩擦感度为4%),在环己酮中重结晶FOX-7晶体的感度最高(撞击感度为8%,摩擦感度为48%)。     

含超细高氯酸铵核-壳型复合材料的制备

用超临界流体沉积技术中的SAS法制备了超细HMX,AP,CL-20以及Al—FPM2602核-壳型复合材料。通过氟橡胶FPM2602在超细HMX,AP,CL-20和Al混合物表面的沉积,达到对混合物进行包覆改性的目的。吸湿性试验表明,该核壳型复合材料的抗湿能力得到明显提高。对该超细核壳型复合材料进行了撞击感度、火焰感度、爆发点测试。结果表明,与未包覆的混合物相比,该超细核-壳型复合材料的性能有了一定的提高。超临界流体沉积技术中的SAS法是制备含水溶性超细含能复合材料的绿色环保方法。