CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2023年第31卷第9期文章目次
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    • >专题导言
    • 专题导言:新型推进剂的制备与能量调控

      2023, 31(9):856-856.

      摘要 (186) HTML (74) PDF 1.07 M (1408) 评论 (0) 收藏

      摘要:

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    • >含能快递
    • 含能快递--2023年第9期

      2023, 31(9):857-858.

      摘要 (155) HTML (46) PDF 910.71 K (1782) 评论 (0) 收藏

      摘要:

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    • >观点
    • 新型推进剂的制备与能量调控

      2023, 31(9):859-861. DOI: 10.11943/CJEM2023188

      摘要 (202) HTML (123) PDF 407.10 K (1875) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >制备与性能
    • AlCl3-EMIC离子液体中纳米铝粉的制备

      2023, 31(9):862-869. DOI: 10.11943/CJEM2022290

      摘要 (120) HTML (43) PDF 1.24 M (1292) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决纳米铝粉制备能耗大、粒径控制困难、污染严重的问题,在摩尔比为2∶1的氯化铝-氯化-1-乙基-3-甲基咪唑(AlCl3-EMIC)离子液体中加入二异丁基氢化铝(DIBAL),以液相化学法绿色安全的制备纳米铝粉。采用X射线衍射(XRD)、纳米粒度检测、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和线性扫描伏安法(LSV)等方法对纳米铝粉进行表征,并探究其长大过程及反应机理。结果表明,DIBAL浓度为0.25 mol·L-1、反应时间为0.5 min时获得无团聚且粒径均匀的40~100 nm铝粉,相比其他液相化学法获得粒径更均匀;不同DIBAL浓度下铝粉生长均存在异常长大现象,其原因与Ostwald熟化有关;并且,AlCl3-EMIC离子液体不仅是反应介质,同时也是纳米铝粉的Al源。

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    • 多三元环季铵自燃离子液体的合成及性能

      2023, 31(9):870-879. DOI: 10.11943/CJEM2023010

      摘要 (130) HTML (46) PDF 1.26 M (1291) 评论 (0) 收藏

      摘要:以三元碳环作为张力能结构单元,合成了基于N,N-(二环丙基甲基)环丙胺为阳离子,二氰胺根和氰基硼氢根为阴离子的系列离子液体。采用核磁(NMR)、红外光谱(IR)和高分辨率质谱(HRMS)等表征方法,确认了所得离子液体的结构,并对其物化性质(如熔点、热分解温度、密度、粘度、生成焓、比冲和点火延迟时间)进行了测定或计算。结果表明:设计合成的10种离子液体均能与白烟硝酸(WFNA)发生自燃,氰基硼氢类离子液体与相应的二氰胺类离子液体相比,点火延迟时间更短。张力环结构的引入可提高离子液体生成焓(0.87~1.96 kJ∙g-1),三元环结构紧凑的堆积有利于提高离子液体密度(1.01~1.18 g∙cm-3),张力环基自燃离子液体表现出更高的密度比冲(436.7~454.4 s·g·cm-3)。分子结构中引入张力环基团为提高自燃离子液体的能量密度提供了新的思路。

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    • PET基高能固体推进剂3D打印配方设计与制备

      2023, 31(9):880-886. DOI: 10.11943/CJEM2023003

      摘要 (184) HTML (61) PDF 1.12 M (1325) 评论 (0) 收藏

      摘要:以四氢呋喃共聚醚(PET)基高能固体推进剂为研究对象,设计了以定型助剂改性的PET/硝酸酯(NG/BTTN)为黏合剂体系,高氯酸铵(AP)为固体填料,多官能团脂肪族异氰酸酯(N-100)为固化剂的3D打印推进剂配方。对定型助剂MS在25 ℃条件下的定型效果、与各组分的相容性以及25,35,45,55 ℃温度下的流变特性开展了研究,通过仿真模拟确定了温度、喷头直径、压力等3D打印工艺参数的合理范围。结果表明MS与推进剂中与PET/NG/BTTN、AP的相容性较好,并在一定程度上提升了推进剂的安全性能,药浆具有温敏特性,可在25 ℃达到良好的定型效果,在温度50 ℃、喷头直径1.2 mm、压力11 kPa的打印参数下,实际打印速率为8 mm·s-1,首次实现了PET基高能固体推进剂3D打印成型。

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    • >推进与发射
    • 嵌入包覆型AlH3含能复合颗粒的制备及其反应特性

      2023, 31(9):887-894. DOI: 10.11943/CJEM2023096

      摘要 (279) HTML (146) PDF 2.36 M (2165) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高三氢化铝(AlH3)的稳定性,采用声共振与喷雾干燥技术相结合的方法制备了3种嵌入包覆型AlH3@Al@xAP(AHAPs)含能复合颗粒,AlH3@Al和AP的质量比分别为9∶1(AHAPs-10%)、7∶3(AHAPs-30%)和1∶1(AHAPs-50%)。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)等分析手段对AHAPs及其凝聚相燃烧产物的形貌和结构进行表征,利用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)、真空安定仪(VST)研究了样品的热反应活性和稳定性。结果表明,AHAPs含能复合颗粒不仅提高了AlH3的稳定性,同时还促进了AP的分解,随着表面AP包覆含量的增加,AlH3的起始分解温度提高了8.5~11 ℃,AP的高温分解峰温降低了约81.6 ℃。与AlH3的分解时间(1006 min)相比,AHAPs-50%复合颗粒的分解时间提高了近50.9%,达1518 min。此外,嵌入包覆型复合颗粒AlH3@Al/63.5% AP的反应热(9125.6 J·g-1)与机械混合样品相比,提高了1054.1 J·g-1,且凝聚相燃烧产物粒径更小,说明其燃烧更加完全、燃烧效率更高。

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    • 新型HAN基液体推进剂EMP-01液滴电点火特性

      2023, 31(9):895-902. DOI: 10.11943/CJEM2023103

      摘要 (155) HTML (95) PDF 1.54 M (1363) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究新型硝酸羟胺(HAN)基液体推进剂EMP-01液滴点火特性,搭建了通过将液滴静置在半球形凹槽内并插入电极的液滴电点火实验平台,在液滴直径6.5 mm、电极间距0.5 mm、电压加载速率为86.31 V∙s-1的工况下,研究了EMP-01液滴的电点火燃烧特性,确定了着火延迟时间;同时,不改变液滴直径以及电极间距,研究了电压加载速率为34.20~246.37 V∙s-1时液滴着火延迟时间与燃烧过程的变化规律。结果表明,电点火燃烧中,EMP-01液滴分依次经历为加热、热分解、燃烧3个阶段,并且在热分解阶段会产生周期性的膨胀收缩。电压加载速率为34.20 V∙s-1时,EMP-01液滴无法成功点火;电压加载速率为49.49~246.37 V∙s-1时,随着电压加载速率增加,EMP-01液滴着火延迟时间不断减小,且减小速率逐渐变缓。

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    • 高低温循环保存下片状变燃速发射药的燃烧稳定性

      2023, 31(9):903-909. DOI: 10.11943/CJEM2022209

      摘要 (96) HTML (31) PDF 2.12 M (1274) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70 ℃高温10 h,-50 ℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前后片状变燃速发射药的表面形貌,利用密闭爆发器测试了高温50 ℃、常温20 ℃、低温-40 ℃下高低温循环前后片状变燃速发射药的燃烧性能。显微观测发现经高低温循环后,片状变燃速发射药表层气泡扩大增多,发射药断面出现塑性形变现象,内外层界面结合保持紧密,没有开裂与脱黏。密闭爆发器试验反映了该类型发射药经过高低温循环后,高温、常温、低温下动态活度曲线与高低温循环前都基本重合,动态活度变化值ΔL最大值出现在低温条件下,为2.57%,能量渐增性释放规律基本不变。高低温循环下,片状变燃速发射药在高压常温-低温阶段的燃速温度系数对比原样在相同条件下显著降低,高温与低温下片状变燃速发射药的压力指数差距对比原样在相同条件下减小。结果表明,片状变燃速发射药在高低温循环条件下界面和燃烧性能稳定,具有较好的变温贮存稳定性。

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    • 典型单基发射药和双基发射药燃烧火焰辐射特性

      2023, 31(9):910-916. DOI: 10.11943/CJEM2022247

      摘要 (95) HTML (37) PDF 1.17 M (1299) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究单基发射药和双基发射药燃烧的火焰辐射特性以指导抑爆系统探测器的设计,设计并搭建了发射药燃烧火焰光谱测试系统,测试分析了空气氛围不同压力条件(-0.05,0,0.20 MPa)下典型单基发射药“20/7”和双基发射药“双芳-3”试样燃烧时的火焰辐射光谱。结果表明:常压条件下,“20/7”单基药仅在550~650 nm波段看到较弱的连续辐射光谱,观测到OH*,C2*和CHO*的发射峰,在燃烧火焰区可能存在这些活性中间体。“双芳-3”双基药燃烧火焰中固体颗粒物含量多,在200~1700 nm波段内可见连续辐射光谱,其辐射强度大于“20/7”单基药,掩盖了这一波段部分发射峰信息,但在1000~1700 nm波段,采集到CN*,OH*等基团的发射峰。2种发射药的火焰光谱中存在很强的Na*,K*,Ca*的发射峰,推测源自硝化棉中残留的木质素。增大燃烧室压力,2种发射药燃烧辐射强度增大。低压条件下,在双基药燃烧初期连续光谱较弱,辐射光谱类似于单基药。根据测试结果,针对“20/7”单基药的探测器应主要依据Na和K的发射峰设计,而针对“双芳-3”双基药的探测器应主要依据连续光谱峰值波长设计;使用环境压力越高,探测器触发阈值要求越低。

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    • >综述
    • AlH3配合物研究进展

      2023, 31(9):917-930. DOI: 10.11943/CJEM2023008

      摘要 (160) HTML (65) PDF 2.11 M (1762) 评论 (0) 收藏

      摘要:AlH3是一种新兴的含能材料,与Al粉相比,具有更高的能量密度。同时AlH3燃烧释放大量的氢气,能显著降低燃气平均分子量,可以用作火炸药的含能组分。但AlH3转晶过程极为危险,不稳定杂相分离困难,难以获得纯净的稳定相α-AlH3。制备AlH3配合物则可规避转晶的危险性,同时配合物保持了AlH3的结构单元,可以通过重结晶方法进行纯化,具有广阔的应用前景。本文综述了AlH3配合物的合成方法、AlH3配合物的配位模式以及AlH3配合物的种类及应用,重点分析了叔胺、叔膦、醚和卡宾配体及不同配位结构对AlH3配合物的热化学性能的影响,展望了AlH3配合物的研究方向。

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    • 电控固体推进剂的点火、燃烧及熄灭特性研究进展

      2023, 31(9):931-948. DOI: 10.11943/CJEM2023018

      摘要 (219) HTML (135) PDF 8.72 M (2096) 评论 (0) 收藏

      摘要:电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议:开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。

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    • 含多种能量基叠氮增塑剂合成与性能研究进展

      2023, 31(9):949-967. DOI: 10.11943/CJEM2023148

      摘要 (167) HTML (86) PDF 2.80 M (1834) 评论 (0) 收藏

      摘要:与仅含叠氮基(─N3)的增塑剂相比,含多种能量基的叠氮增塑剂往往具有更大的密度、更高的氧平衡、更突出的能量性能等,能赋予推进剂更大的比冲和更好的燃烧性能,成为该领域的研究热点。然而如何在分子层面精准调控结构中微观能量基的种类、数量及其区域分布位置等重要参数,成为设计合成高能量密度、钝感、低玻璃化转变温度、高热稳定性、高氧平衡含能增塑剂的关键。为此综述了自20世纪七十年代末报道的含硝基(─C─NO2)、硝酸酯基(─O─NO2)、硝胺基(─N─NO2)、氟胺基(─NF2)以及呋咱基(1,2,5-噁二唑基)5种叠氮增塑剂在分子设计、合成、性能表征及推进剂应用研究方面的进展,梳理了研究中存在的问题及不足,给出了合成综合性能优良的多种能量基叠氮增塑剂的几点建议,并指出含─C─NO2和─N─NO2叠氮增塑剂是兼顾分子性能和合成难度的潜在研究方向,以期为从事该领域工作的科研人员提供些许借鉴和参考。

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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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