摘要:从含能分子设计、合成策略与路线优化、性能评价等角度对过去两年来含能材料合成领域的最新进展进行了简要综述。梳理了含能分子(含能离子盐和共价型含能分子)合成研究的发展方向与趋势。指出以下几点是今后研究的重点方向:通过硝胺化、羟基化以及N→O化等策略实现富氮杂环类含能离子盐的靶向合成、定向调控含能离子盐的结构和性能; 注重于设计合成高氮含量的稠环结构、桥连骨架、以及共轭平面离域大π键结构的含能分子; 加强新型B基含能分子的制备与性能研究；将极端条件下的合成技术如超低温合成、超临界合成等充分应用于含能分子设计与合成中。

摘要:评述了4种炸药感度判据, 包括最易跃迁法(最小能隙)、最小键级、最弱键离解能、X—NO₂(X＝C, N or O)中硝基的Mulliken电荷。首次提出了基于炸药分子整体稳定性的名为“键 & 非键耦合分子刚柔度”的新的感度判据。比较了11种典型炸药[1, 3, 5-三硝基苯(TNB)、2, 4, 6-三硝基甲苯(TNT)、1, 3, 3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、1, 3, 5-三硝基-1, 3, 5-三氮杂环己烷(RDX)、1, 3, 5-三硝基-2-氧-1, 3, 5-三氮杂环己烷(K6)、2, 4, 6, 8, 10, 12-六硝基-2, 4, 6, 8, 10, 12-六氮杂异伍兹烷(CL-20)、2-苦基-1, 2, 3-三唑(PCTA)、4-硝基-2-苦基-1, 2, 3-三唑(NPCTA)、2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡啶-1-氧化物(LLM-105)、4, 6-二硝基苯并氧化呋咱(DNBF)、5, 7-二氨基-4, 6-二硝基苯并氧化呋咱(DADNBF)]的撞击感度与判据之间的相关性。结果表明, 在这5种感度判据中, “键 & 非键耦合分子刚柔度”评价方法的相关性最高。判据组合能提高预测感度的能力。张力能是炸药分子中键 & 非键耦合能的一种形式, 它不仅能够用于衡量炸药的感度, 尤其是不含硝基炸药的感度, 同时还能用来量度炸药的储能水平, 这对新型炸药的设计和评价具有重要意义。

摘要:为探讨溶剂对炸药晶体形貌的影响机制和溶剂的选择依据, 采用附着能(AE)模型预测2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)在真空的晶体形貌, 确定其主要生长晶面; 并运用分子动力学(MD)模拟研究ANPyO晶面与溶剂N, N-二甲基甲酰胺(DMF)的相互作用及其本质, 进而通过修正的AE模型预测其在DMF中的晶体形貌。结果表明：ANPyO在真空中的晶体形状接近椭圆, 主要生长晶面为(1 1 0)、(1 0 0)、(1 1 -2)及(1 0 -1)面。溶剂与晶面间存在较强相互作用, 径向分布函数分析表明相互作用能主要包括范德华作用, 库仑作用和氢键。在溶剂DMF中, 晶面的修正附着能绝对值顺序为(1 1 0)＜(1 1 -2)＜(1 0 -1)＜(1 0 0), ANPyO晶体形貌接近片状, 与已有实验结果一致。此外, DMF分子在ANPyO晶面的扩散系数研究结果表明, 扩散系数与修正附着能绝对值成线性关系, 晶体生长形貌亦受溶剂扩散能力的影响。

摘要:熔铸炸药在烤燃过程中会发生炸药熔化, 影响炸药热反应过程。本文采用烤燃弹法, 对熔铸载体炸药2, 4-二硝基苯甲醚(DNAN)进行了烤燃实验, 测量了炸药中心温度变化, 分析了炸药熔化和反应情况。建立了熔铸炸药热反应计算模型。采用焓-孔隙率方法, 计算分析了炸药熔化过程。考虑了炸药自热反应、热传导、熔化后的对流传热和空气的辐射传热。对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算。通过与实验结果的比较, 验证了计算的正确性。确定了DNAN炸药的活化能和指前因子分别为172 kJ·mol^-1和1.20×10¹¹ s^-1。计算分析了3.3 K·h^-1、0.3 K·min^-1、1.0 K·min^-1、3.0 K·min^-1、10 K·min^-1和60 K·min^-1六种不同加热速率下DNAN炸药的烤燃特征。在慢速烤燃下炸药完全熔化后才点火, 而相对快速烤燃下炸药边缘点火, 这时炸药内部还未完全熔化。得到了点火时刻的温度分布和液相分数分布。结果表明, 在熔铸炸药烤燃中, 加热速率对炸药点火前的状态影响很大, 从而会影响炸药反应的激烈程度。

摘要:利用ANSYS/LS-DYNA软件, 数值模拟了金属射流以较小入射角(5°~7°)侵彻不同材料靶板(603装甲钢及铝)的跳弹过程。观察了其侵彻及跳弹的过程。结果表明, 所得模拟结果与试验数据吻合。当射流头部速度为6500 m·s^-1时, 603装甲钢的跳弹临界入射角为6°~7°, 铝的跳弹临界入射角为5°~6°, 随着靶板强度增大, 射流跳弹角减小。射流跳弹有两个阶段, 首先射流接触靶板时, 射流头部发生跳弹, 射流其他部分进入靶板内部; 然后射流前端在靶板非对称阻力影响下运动方向发生偏转, 最终跳出靶板, 射流后续部分随之跳出靶板。603装甲钢跳弹与未跳弹开坑深度之比为0.389, 低于铝靶的0.795, 证明在跳弹情况下, 随着靶板强度的提高, 射流消耗在侵彻靶板、扩展弹坑上的能量减少。

摘要:采用有限元程序AUTODYN软件分别进行了冲击片雷管三点、四点、六点、八点同步起爆爆轰波压力值的数值模拟。分析了影响多点同步起爆爆轰波压力的因素。采用锰铜测压方法测试了多点冲击片雷管的同步起爆爆轰波压力。使用高速摄影系统拍摄了四点冲击片雷管的作用过程。结果表明, 四点冲击片雷管的爆轰波压力平均值相比三点、六点、八点高。在中心距为4 mm并且装药量均为180 mg时, 四个起爆点产生的爆轰波发生相互碰撞, 爆轰波叠加形成超压爆轰, 并能可靠起爆钝感炸药TATB。在中心距为8 mm并且装药量均为180 mg时, 由于中心距较远, 爆轰波衰减较快, 相邻两点爆轰波发生的碰撞较少, 产生的超压值也随之降低。

摘要:以氨基胍碳酸氢盐与丙二酸为原料, 经缩合-环化反应、重氮化-取代反应、氧化偶联反应和硝化反应分别合成出5-硝基-3-三硝甲基-1H-1, 2, 4-三唑(TNNT)和5, 5′-双(三硝甲基)-3, 3′-偶氮-1H -1, 2, 4-三唑(BTNAT)。用红外光谱、核磁共振、元素分析表征了它们的结构。进行了B3LYP/6-31G(d, p)基组水平下它们的全结构优化和自然键轨道(NBO)分析。用DSC测定了它们的分解温度。结果表明, 10 ℃·min^-1升温速率, 氮气气氛条件下, TNNT和BTNAT的分解温度分别为135 ℃和146 ℃。

摘要:以5-肼基四唑(5-HT)为配体, 制备5种含能配合物[Cd(HT)₆](ClO₄)₂(1), [Zn(HT)₆](ClO₄)₂(2), [Ni(HT)₃](ClO₄)₂(3), [Co(HT)₆](ClO₄)₂(4), [Mn(HT)₆](ClO₄)₂(5)。采用元素分析和傅里叶变换红外光谱对5种配合物进行结构表征。通过差示扫描量热分析(DSC)研究其热分解性能, 测试了其摩擦感度和撞击感度。在B3LYP/6-311++g^**水平上理论研究了5-HT电子结构性质、自然键轨道电荷以及分子前线轨道。结果表明, 5种配合物具有较高热稳定性, 分解温度均高于200 ℃。5-HT四唑环上的N(3)和N(4)原子更容易同时参与金属原子配位, 形成以5-肼基四唑为配体的配位化合物。90°摆角、1.96 MPa条件下, 配合物4的摩擦感度为96%, 800 g落锤下, 撞击感度H₅₀为25 cm, 其机械感度与肼基四唑汞(HTMP)和高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)相当, 有望应用于起爆药领域。

摘要:以4-氯吡唑(4-CP)为原料, 经过硝硫混酸硝化制得4-氯-3, 5-二硝基吡唑(4-CDNP), 再以硝酸银为亲核试剂进行亲核取代反应得到一种新型的含能化合物3, 5-二硝基吡唑-4-硝酸酯(DNPN), 并采用红外光谱、核磁共振、元素分析对产物结构进行了表征, 计算了其爆轰性能, 考察了硝硫混酸组成、硝化温度对硝化反应的影响, 得到较佳的合成条件：硝硫混酸组成为V(98%硝酸)：V(98%硫酸)=1:4, 反应温度为100 ℃, 反应时间为5 h, 产率为65.1%。4-CDNP与硝酸银的反应很快, 在40 ℃下反应1 h产率就可达到35.6%。DNPN的爆速为8.78 km·s^-1, 爆压35.12 GPa, 优于TNT。

摘要:以吡唑为原料, 经卤化、硝化反应合成出重要前体4-氯-3, 5-二硝基吡唑(CDNP), 然后胺化得到目标物1, 4-二氨基-3, 5-二硝基吡唑(DADNP), 收率58.0%。采用红外、质谱、核磁及元素分析表征了DADNP的结构。用差示扫描量热法研究了DADNP的热行为。研究了影响胺化和硝化反应的因素。结果表明, 较佳的胺化反应条件为:胺化试剂为2, 4, 6-三甲基苯磺酰羟胺(MSH), 室温, n(ADNP-NH₄⁺):n(MSH)=1:1.5, 反应时间12 h。最佳硝化反应条件为:V(硫酸):V(硝酸)=2:1, 反应温度110~115 ℃, 反应时间4 h, 收率72.0%。DADNP的熔点为192 ℃, 分解峰温度为247 ℃。

摘要:以苯并1, 2, 3, 4-四嗪-1, 3-二氧化物(BTDO)为原料, 合成了5-硝基苯并1, 2, 3, 4-四嗪-1, 3-二氧化物(5-NBTDO)、7-硝基苯并1, 2, 3, 4-四嗪-1, 3-二氧化物(7-NBTDO)。并在此基础上, 分别以5-NBTDO或7-NBTDO为原料合成了5, 7-二硝基苯并1, 2, 3, 4-四嗪-1, 3-二氧化物(DNBTDO)。用¹H NMR, ¹³C NMR, IR和MS表征了合成化合物的结构。考察了硝化体系、物料比(n(BTDO):n(NO₃^-))与反应温度对不同硝化产物产率的影响。理论预测了可能的硝化产物, 并用高效液相色谱测定了产物收率。结果表明, 确定合成3种物质的最佳工艺条件为:发烟硫酸/硝酸钾体系、n(BTDO):n(KNO₃)=1:2、反应温度为40 ℃, 5-NBTDO产率为34.9%;硝硫混酸体系、n(BTDO):n(HNO₃)=1:3、温度为20 ℃, 7-NBTDO产率为77.1%;发烟硫酸/硝酸体系、n(NBTDO):n(HNO₃)=1:8、温度95 ℃, DNBTDO产率可达90%。实验过程中BTDO作为原料一步法合成3种硝化产物的难易程度与理论预测结果相一致, 7-NBTDO产率最高, 5-NBTDO次之, DNBTDO最少。

摘要:为了解3, 4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)装药缺陷的形成原因, 对比研究了DNTF和TNT的凝固行为。测试了DNTF和TNT的体积收缩率。用工业CT和扫描电镜观测了DNTF和TNT的凝固缺陷分布。用DSC和热导率测定仪测试了DNTF和TNT的热性能参数。用凝固速率测试装置获得了描述DNTF和TNT凝固过程的温度-时间曲线。结果表明, DNTF和TNT的体积收缩率分别为11.6%和12.7%。DNTF的缺陷分布较为分散, 而TNT的缺陷分布较为集中。DNTF和TNT的凝固点、凝固热、比热容和热导率分别为110.2 ℃、100.2 J·g^-1、0.943 J·g^-1· ℃^-1、0.197 W·m^-1· ℃^-1和80.9 ℃、104.6 J·g^-1、1.278 J·g^-1· ℃^-1、0.224 W·m^-1· ℃^-1。DNTF的凝固速率高于TNT。随着凝固层厚度的增加, 轴向上各层间发生凝固的间隔时间出现快速缩短的趋势。DNTF凝固过程具有体积凝固的特点, 而TNT的凝固过程具有逐层凝固的特点。

摘要:为了解决超细高氯酸铵(AP)粉体因吸湿而产生团聚的问题, 用低温等离子体设备对超细AP粉体进行表面改性处理。运用激光粒度分析仪和扫描电镜(SEM)表征了处理前后超细AP粉体的粒度和形貌。用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和化学法分析了处理前超细AP粉体的组成和纯度。用热重和差示扫描量热法研究了处理前后超细AP和相对应的AP/Al体系的热分解性能。测试了处理前后超细AP的撞击感度、摩擦感度和吸湿性。结果表明, 经过低温等离子体技术处理后的超细AP粉体团聚现象明显得到改善, 颗粒分布集中, 吸湿性下降, 纯度和结构组成几乎未发生变化。处理后的超细AP粉体较处理前高温分解峰峰温滞后了8.3 ℃, 低温等离子技术对处理后AP/Al体系热性能影响很小。与处理前超细AP粉体相比, 撞击感度和摩擦感度分别降低了7.1%和6%。

摘要:为了研究苦味酸钾(KP)超细后粒度对性能的影响, 分别采用连续喷加法、控速滴加法、快速混合法制备了超细苦味酸钾。研究了不同粒度苦味酸钾的颗粒形貌、粒度分布、热分解温度、撞击感度、摩擦感度、火焰感度、静电火花感度、5 s爆发点和热丝感度。结果表明：连续喷加法、控速滴加法、快速混合法得到的苦味酸钾的粒度D₅₀值分别为3.9, 8 μm和16 μm; 随着粒度增大, 苦味酸钾热分解温度升高, 撞击、摩擦、火焰感度降低, 静电火花感度基本不变, 5 s爆发点温度降低; 超细的苦味酸钾(D₅₀=3.9 μm)的热丝感度非常低, 适合用作低感度电引火药。

摘要:通过机械球磨法对微米Zr粉进行晶粒细化, 采用X射线粉末衍射法分析了球磨时间对Zr粉的物相、晶粒尺寸及晶格应变大小的影响；采用扫描电镜和激光粒度分析仪对Zr粉形貌、粒径分布进行了表征, 并研究了Zr粉球磨时间对Zr/KClO₄烟火剂光辐射时间特性的影响。结果表明：随着球磨时间的延长, Zr粉的颗粒尺寸先减小后增大, 而晶粒尺寸则持续减小, 同时晶格应变逐渐增大：当球磨时间为8 h时, Zr粉的粒径分布最均匀、平均粒径最小(0.8 μm), 晶粒尺寸为81.7 nm；球磨时间增加到20 h后, Zr粉的颗粒尺寸略有增大, 但晶粒尺寸减小到最小值(15.4 nm)。对原料Zr粉进行球磨处理后, Zr/KClO₄烟火剂的光辐射时间缩短, 球磨时间为8 h时, 相比使用原料Zr粉的烟火剂, 样品的光辐射时间(17 ms)缩短了32%, 表明烟火剂燃烧速率的显著增加, 并且峰值辐射强度增大。

摘要:为提高含氟聚合物F2314的导热性能, 采用多壁碳纳米管(MWCNTs)对F2314进行改性。用密炼混合法制备了F2314/MWCNTs复合材料。研究了MWCNTs含量、温度对F2314/MWCNTs复合材料的导热系数的影响。建立了F2314/MWCNTs复合材料的导热模型。结果表明, F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随MWCNTs含量增加而增大。当MWCNTs质量分数为30%时, 30 ℃下F2314/MWCNTs复合材料的导热系数高达0.647 W·m^-1·K^-1, 比纯F2314的导热系数提高3.43倍。F2314/MWCNTs复合材料的导热性能对温度的依赖性与F2314的相态转变密切相关。随着温度增加, F2314/MWCNTs复合材料的导热系数先增加, 然后在玻璃化转变温度附近达到最大值, 接着逐渐降低。有效介质方法修正公式的计算结果与实验吻合较好, 表明该公式可以较好地模拟F2314/MWCNTs复合材料的导热性能。

摘要:为研究冲击片集成组件制造方法及其性能, 采用化学气相沉积法(CVD)在爆炸箔基底上沉积制备了聚氯代对二甲苯(PC)飞片层, 并且利用光刻方法原位集成了Su8-2150光刻胶加速膛, 获得的加速膛厚度大于300 μm且壁面垂直度良好。利用光子多普勒速度(PDV)测量技术获得了该冲击片组件电爆炸驱动飞片的加速历程。对比了常规方法制造的冲击片组件(聚酰亚胺飞片)与相同参数集成冲击片组件的飞片加速历程。结果表明, 两组加速历程基本一致。聚酰亚胺飞片与PC飞片在前80 ns内分别达到了最大速度的77%与80%, 加速膛出口处飞片速度分别为3970 m·s^-1和3906 m·s^-1, 两种冲击片组件驱动性能接近, 飞片和加速膛的材料的改变对电爆炸驱动飞片过程未产生明显影响。

摘要:针对发生在高温火区炮孔装药的误爆和早爆安全事故, 采用传爆试验法、燃烧法、系统可靠性法则研究了一种应用于高温火区爆破的新型不可逆起爆网路, 测试了金属爆炸索在高温环境中的耐温特性、不可逆起爆元件的传爆可靠性以及阻爆效果、评价并计算了整个爆破网路的安全性与可靠度。结果表明:炮孔内使用金属爆炸索比塑料导爆索耐高温安全时间长, 降低了因高温造成炮孔误爆的概率; 孔外部分包含的不可逆起爆元件具有类似于电路中二极管的作用, 在爆破网路中起着单向安全控制作用, 避免发生因单个炮孔的意外引发整个爆破网路误爆, 保证了主网路的安全。当炮孔数达到64个时, 不可逆起爆网路可靠度依然可达到99.99%, 明显优于传统爆破网路。

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