CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2023年第31卷第3期文章目次
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    • >含能快递
    • 含能快递--2023年第3期

      2023, 31(3):213-214.

      摘要 (206) HTML (107) PDF 877.89 K (4036) 评论 (0) 收藏

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    • >火工品技术
    • 银膜换能元的喷墨打印及其性能表征

      2023, 31(3):215-221. DOI: 10.11943/CJEM2022205

      摘要 (220) HTML (112) PDF 2.19 M (2819) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常用薄膜换能元的沉积和成型方法耗时长、成本高、材料利用率低等问题,采用喷墨打印制备了银膜换能元,并采用扫描电镜(SEM)和原子力学显微镜(AFM)对换能元形貌及厚度进行了表征,对银膜桥的发火性能进行了研究。结果表明,银膜换能元厚度为2.1 μm,表面平整,在不同输入能量下存在电热、电爆两种情况。银膜桥更容易产生等离子体;蘸有斯蒂芬酸铅(LTNR)的银膜桥在47 μF脉冲放电下50%发火电压为6.65 V,脚-脚间可以耐受25 kV静电放电(放电电容为500 pF,串联5 kΩ电阻),可通过钝感电火工品1A1W5min测试。

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    • 集成PN结防护结构的薄膜换能芯片

      2023, 31(3):222-228. DOI: 10.11943/CJEM2022278

      摘要 (248) HTML (178) PDF 1.48 M (3898) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究设计了一种平面纵向集成PN结(半导体的空间电荷区)结构二极管的薄膜换能元芯片,并制作了3 Ω和4 Ω 2种桥区电阻, 每种电阻制备1.0 mm×1.0 mm、1.5 mm×1.5 mm、2.0 mm×4.0 mm 3种芯片尺寸,每种尺寸设计8,18,28,34 V 4种击穿电压的集成芯片样品,其中1.0 mm芯片对应4种击穿电压的芯片,1.5 mm、2.0 mm芯片对应34V击穿电压进行静电对比试验。为研究集成防护结构对换能元的爆发性能的影响,对3 Ω的1.0 mm集成芯片进行了发火试验测试。结果表明集成薄膜芯片尺寸越大,抗静电能力增强;芯片桥区电阻越大,越容易受到静电干扰损伤,其静电防护性能达500 pF/500 Ω/25 kV。PN结结构的击穿电压越小,其旁路电流的能力越大,对换能元爆发性能的影响越大,击穿电压越大,对换能元的静电防护作用越小。对于33 μF/16 V作用条件的火工品,选择18 V击穿电压的集成芯片说明集成薄膜芯片应用中需要根据换能元的工作电压选用合适的击穿电压,以保证集成芯片既可以防护静电干扰,不影响产品的正常作用。

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    • 一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列

      2023, 31(3):229-234. DOI: 10.11943/CJEM2022211

      摘要 (175) HTML (153) PDF 1.32 M (2896) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现点火序列的高安全性及微封装体积,研究设计并制作了一种内置双层电热MEMS安保机构的微点火序列,该序列包含了点火器、安保机构及点火药等核心部件,整体封装尺寸为Φ10 mm×3.3 mm。其中安保机构为具有双稳态功能的双层结构,前端的点火器为覆盖有Al/CuO微装药的NiCr桥箔,桥箔电极采用背部无引线封装的方法来降低序列封装体积,后端的点火药采用硼/硝酸钾(Boron/potassium nitrate)点火药。采用控制Al/CuO装药量的方法对其安保性能进行测试,结果表明该序列在Al/CuO装药尺寸为Φ800 μm×30 μm时安保机构在安全状态下能够阻隔前端点火器火焰能量的传递并保持结构功能完整,在解保状态下能够使后端的点火药被点火器点燃,具备点火隔火能力。

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    • 温度对半导体桥电爆性能影响初探

      2023, 31(3):235-242. DOI: 10.11943/CJEM2021226

      摘要 (170) HTML (67) PDF 1.42 M (1966) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究温度对半导体桥(SCB)电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25 ℃和-40 ℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25 ℃和-40 ℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47 μs降低至0.25 μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7 ℃;-40 ℃时的SCB临界发火电压比25 ℃时高0.6 V。

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    • 温度交变中光纤接触式激光火工品的失效原因及抑制研究

      2023, 31(3):243-250. DOI: 10.11943/CJEM2022218

      摘要 (162) HTML (130) PDF 1.42 M (2659) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究温度冲击、温度循环等温度交变环境对激光火工品发火时间的影响规律及其作用机理,采用掺杂炭黑的高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(BNCP)为始发药剂及光纤窗口结构的激光火工品为实验样机,对经历47 h和94 h温度交变实验后的掺杂BNCP始发药剂性能、激光火工品结构变化、药剂和光纤约束情况进行了研究。结果表明,温度交变前激光火工品发火时间具有小于0.2 ms的高瞬发性,经历47 h温度交变后,发火时间会延迟至0.5 ms以上;随着温度交变时间的增长,达到94 h后个别产品发火延迟时间超过1 ms,甚至出现瞎火情况。掺杂BNCP始发药经历47 h的温度交变环境后出现碎晶,堆积密度从0.43 g·cm-3降低到0.32 g·cm-3,但碎晶现象不影响药剂的热分解性能及激光火工品的发火性能。温度交变环境下,火工品壳体结构与药剂膨胀系数的差异导致光纤和药剂间出现点火间隙,点火间隙同时影响激光光斑强度与热点的扩散效应,进而影响发火。通过增强药剂和光纤之间的约束可有效减少温度交变情况下点火间隙的产生,提高激光火工品的环境适应能力。

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    • >综述
    • 电火工品换能元增效技术研究进展

      2023, 31(3):251-265. DOI: 10.11943/CJEM2022216

      摘要 (245) HTML (110) PDF 2.47 M (3818) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为电火工品的核心部件,换能元直接影响着电火工品的安全性和可靠性。电火工品结构微型化、换能信息化、序列集成化的发展趋势对于换能元提出了更高的技术要求。如何实现在低能量刺激下可靠发火,同时提升换能元的点火输出能力,即如何实现电火工品换能元的效能提升成为目前火工品换能器件研究的重要课题之一。为此,本文从换能元基底和电阻材料的优选、发火结构优化设计、自含能一体化增效以及含能薄膜复合增效等角度,综述了近年来电火工品换能元低能发火与输出增效的最新研究进展。在此基础上,讨论了未来开展换能元增效研究的重点:建立换能元材料参数基因库,借助机器学习算法等手段提高换能元发火结构优化设计的效率,针对宽带隙半导体材料等开展新换能体制的基础研究,探索含能金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)、含能钙钛矿等新型含能薄膜材料在换能元上的集成制备。

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    • 绿色起爆药5-硝基四唑亚铜(DBX-1)研究进展

      2023, 31(3):266-263. DOI: 10.11943/CJEM2022210

      摘要 (335) HTML (193) PDF 2.40 M (4160) 评论 (0) 收藏

      摘要:5-硝基四唑亚铜DBX-1)是一种不含有毒重金属的绿色起爆药,从发现至今一直备受关注,合适的发火感度、优异的起爆能力和输出能力、良好的相容性和耐温性能使DBX-1被认为是最有可能代替叠氮化铅(LA)的绿色起爆药。5-硝基四唑钠(5-NaNT)是制备DBX-1的原材料,本研究针对5-NaNT在合成过程中存在的问题,对DBX-1的研究进展进行了综述,详细介绍了DBX-1从实验室合成到百克量制备的发展历程和5-NaNT合成路径演变过程,指出DBX-1后续研究应以提高合成过程安全性、掌握工艺参数对晶体形貌的影响规律、调控发火感度以及完善性能评估体系等为重点,为工程化应用奠定技术基础。

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    • >计算与模拟
    • 空位缺陷对TKX-50感度、力学性能及爆轰性能影响的分子动力学模拟

      2023, 31(3):277-285. DOI: 10.11943/CJEM2022274

      摘要 (233) HTML (143) PDF 2.30 M (1670) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用分子动力学方法探究了一系列空位缺陷浓度(0%,1.56%,6.25%和12.5%)对1,1"-二羟基-5,5"-联四唑二羟胺盐(TKX-50)感度、力学性能和爆轰性能的影响。首先建立TKX-50完美晶体模型和空位缺陷模型,并验证研究所采用的Dreiding力场的正确性和有效性。然后对模型进行几何优化和分子动力学模拟,研究发现,空位缺陷导致TKX-50的内聚能密度减小、总氢键数目减少,表明含空位缺陷的TKX-50感度增加,安全性降低;并且随着空位缺陷的增多,羟胺阳离子间的氢键数目几乎不变,联四唑阴离子上以氧原子为氢键受体的氢键数目与其他氢键相比明显减少。另外,空位缺陷使得TKX-50的体积模量(K)、拉伸模量(E)和剪切模量(G)分别降低了1.530~4.122 GPa、3.066~10.652 GPa、1.216~4.202 GPa,表明随空位缺陷浓度的增加,TKX-50晶体的刚度下降。所有模型的柯西压(C12-C44)为正,表明所有模型均表现出延展性,且K/G值与泊松比(γ)随空位缺陷浓度的增加而增加,表明空位缺陷的增多使得TKX-50的韧性和塑性都得到增强。此外,空位缺陷还使得TKX-50的爆速和爆压分别降低了93~317 m∙s-1和1.0~3.5 GPa,表明缺陷晶体的毁伤威力降低。

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    • 典型笼状含能材料晶体早期冲击反应的从头算分子动力学模拟

      2023, 31(3):286-294. DOI: 10.11943/CJEM2023017

      摘要 (243) HTML (157) PDF 2.11 M (1736) 评论 (0) 收藏

      摘要:笼状骨架赋予含能分子额外的应变能和结构稳定性,有望优化含能材料高能量密度和低感度之间的问题。但笼状含能晶体在冲击波刺激下的化学反应机理尚不清晰,亟需从笼状骨架调控、单分子分解、晶体集体响应3个层次开展系统研究。为此,研究以具有平面分子结构的三氨基三硝基苯(TATB)作为参考体系,对比了具有笼状结构的八硝基立方烷(ONC)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)体系,开展了ONC、CL-20、TEX晶体结构在8~11 km∙s-1冲击波作用下的演化并进行了从头算分子动力学模拟。模拟结果表明,含能晶体的冲击感度排序为ONC>CL-20>TEX>TATB,通过与冲击波/撞击感度的文献试验数据对比进行了验证。反应机理表明:(i) 异伍兹烷骨架中的富电子氧/氮促进了离域效应,适中的空间自由度赋予其弹性变形能力,加强了笼状骨架的结构稳定性,延缓了冲击反应进程;(ii) 基于异伍兹烷的笼状分子分解时,硝基的脱落先于笼状分子的坍塌发生,游离的硝基与其他中间产物的排斥作用阻碍了分子间的团聚,进一步延缓了反应进程;(iii) 分子间氢键在冲击压缩时发生高塑性变形,将冲击波能量转化为分子间排斥势而储能,从而提升材料吸收冲击波能量的阈值,延迟反应发生时间,降低冲击感度。研究提出,电子离域效应增强,空间自由度适中的异构笼状骨架及丰富的分子间氢键均有望降低冲击波感度,为新型高能钝感含能材料的设计提供理论参考。

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    • >爆炸与毁伤
    • 含能材料颗粒特性对激光诱导微爆炸冲击波的影响

      2023, 31(3):295-305. DOI: 10.11943/CJEM2022291

      摘要 (207) HTML (160) PDF 3.59 M (1637) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用基于微秒时间尺度上毫克级含能材料的激光诱导空气冲击波爆轰性能测试方法——The Laser-induced Air Shock from Energetic Materials (LASEM),结合脉冲激光系统和高速纹影研究了不同粒径以及不同堆积密度对六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、奥克托金(HMX)、黑索今(RDX)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)和2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM105)这5种含能材料冲击波特征速度的影响。结果表明,粒径小于75 μm时,测量结果偏差较大;粒径在75~500 μm之间时,测量结果波动性较弱,且与爆压值的排列顺序一致,能够作为参考数据评估实际的爆轰性能。堆积密度小于0.7 g·cm-3时,测量结果波动范围较大;堆积密度在0.7~1.35 g·cm-3之间时,测量结果较为平稳,且与爆压值的排列顺序一致,测量值更具参考价值。

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    • 隔热胶体装药结构的耐热防护与爆炸性能

      2023, 31(3):306-315. DOI: 10.11943/CJEM2022199

      摘要 (131) HTML (64) PDF 1.95 M (760) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术(水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量)及现场实验(殉爆实验,炮孔传爆),分别研究了装药结构中3种胶体配比(高分子吸水树脂(SAP)质量比分别为0,0.5%和1%)与乳化炸药2种敏化方式(亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化)对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明:含0.5% SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热(100 ℃)时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数(冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量)均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包(EE-SN)的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包(EE-EP)。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 mm殉爆、炮孔内稳定传爆,说明该胶体装药结构具有很好的高温爆破应用前景。

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固体推进剂的多尺度力学行为

年第卷第

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