摘要:

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摘要:为探究结构对铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）基反应材料燃烧性能的影响，提高氟基铝热剂燃烧性能，利用增材制造技术，制备了实心、空心、核壳结构和限域空心结构的Al/PTFE基反应材料以及限域空心结构的铝/氧化铜（Al/CuO）、铝/氧化铁（Al/Fe₂O₃）基反应材料。并采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、高速摄影仪和恒容燃烧仪对其微观结构、热性能、燃烧速率以及产气性能进行了研究。结果表明：各样品结构完整，组分均匀；核壳结构和限域空心结构的样品放热量比同质量的实心结构和空心结构的样品低；空心、核壳结构和限域空心结构的样品的燃速分别为实心结构样品的1.44、1.32倍和2.62倍；空心结构和限域空心结构的样品的产气性能与增压速率获得明显提高，其中限域空心结构的样品提升最明显；Al/PTFE基、Al/CuO基和Al/Fe₂O₃基的限域空心结构材料燃速比其实心结构均有着明显的提升，该结构对Al/Fe₂O₃材料燃速提升最明显。制备空心结构材料来调控线条的燃烧性能有望对新型高性能武器的设计提供新思路。

摘要:含铝炸药因其高能量密度和压力输出而被广泛应用。为了调控和提高含铝炸药的二次燃烧反应和压力输出，以竹子的微观结构为灵感设计了具有分级结构的HMX/Al径向梯度药柱，使用3D打印技术制备了不同铝含量和不同铝颗粒尺寸的HMX/Al径向梯度结构药柱，研究了Al含量和粒径分布对HMX/Al梯度结构燃烧性能和压力输出的影响。结果表明，当HMX/n-Al（160 nm）径向梯度结构按照从中心层向外层Al的质量分数分别为10%、20%和30%分布时，内层的燃烧反应和火焰传播速度比外层更快；其密闭空间内由于气体释放而获得的压力（2337.61 kPa）高于反向分布的梯度结构药柱。当HMX/Al径向梯度结构按照从中心层向外层Al粒径依次为10 μm-Al，5 μm-Al和n-Al分布时，梯度结构药柱的燃烧过程比较缓慢，可以看到单独铝颗粒的燃烧现象。当中间层为n-Al时，HMX/Al径向梯度结构具有最大的压力输出（1512.65 kPa），高于均相的HMX/Al药柱；当中间层为10 μm-Al时，获得了具有双重峰的压力输出。

摘要:为了研制复杂几何形状的发射药，采用双基发射药挤出式3D打印工艺，通过螺杆挤出式发射药3D打印机打印出方形、车轮形、星孔形和花边七孔双基发射药，对打印发射药的表面结构、尺寸均匀性、密度和力学性能进行表征。结果表明，打印发射药的表面较光滑、无明显瑕疵；花边七孔发射药的尺寸均匀性达到传统方式制备发射药的标准，车轮形发射药弧厚的尺寸均匀性较好，标准偏差为0.026 mm，相对标准偏差为0.92%；方形发射药的密度较高（1.567 g·cm^-3），其他发射药的密度为1.549~1.559 g·cm^-3；打印填充路径为同心线（填充线方向与拉伸方向平行）和直线（填充线方向与拉伸方向垂直）的发射药试样的拉伸强度分别为14.467 MPa和10.789 MPa，前者与传统方式制备的发射药拉伸强度相当。实现具有弧度和角度的多种几何形状发射药的良好打印为复杂几何形状发射药的制备提供了基础。

摘要:针对传统工艺无法制备复杂结构发射药的问题，为探索提高发射药燃面渐增性新途径，采用3D直写打印技术，设计并打印了具有较高燃面渐增性的硝化棉基内嵌多方孔发射药。对3D打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药进行了定容燃烧和内弹道性能表征。结果表明，以硝化棉、含能增塑剂和溶剂配制的浆料为打印物料，打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药符合设计的燃面渐增性燃烧预期；受打印针头直径、溶棉比、醇酮比、溶剂挥发速度等因素的影响，直写打印的发射药设计尺寸和实际尺寸有一定偏差；12.7 mm机枪弹道初步试验表明，内嵌多方孔NC-120发射药和制式D-4/7混合装药16 g，装药比例1∶1时，膛压为314.2 MPa，射击初速为854.1 m·s^-1，实现了直写打印内嵌多方孔发射药在膛内正常、稳定燃烧，达到了与制式发射药相似的水平，但充分利用直写打印内嵌多方孔发射药需要进一步优化设计药形、弧厚、内外层弧厚匹配等参数。

摘要:为考察氟碳树脂（FEVE）在炸药油墨中的应用效果，以聚乙烯醇（PVA）水溶液为水相，FEVE乙酸乙酯溶液为油相，设计了一种新型水包油乳液型黏结体系，并加入亚微米ε-CL-20颗粒，配制CL-20基炸药油墨进行直写技术打印。采用扫描电子显微镜、流变测试仪、X射线衍射仪、撞击和摩擦感度测试仪对打印成型样品进行形貌表征和传爆性能测试。结果表明，PVA/FEVE水包油乳液型黏结剂体系稳定存在时间可达174 h。90%固含量的CL-20的炸药油墨流变性能最佳，具有良好的可打印性。所得直写打印成型样品表面光滑，为多微孔内部结构，CL-20炸药晶型仍为ε型。打印样品的撞击能和摩擦力分别为216 N和4.5 J，相比原料ε-CL-20，撞击感度和摩擦感度分别降低了125%和200%。打印样品的爆速、临界传爆拐角、1 mm线宽临界传爆厚度和方形截面临界传爆尺寸分别为6772 m·s^-1、160°、0.039 mm和0.4 mm×0.4 mm，具有优异的微尺度传爆能力。

摘要:为了研制出力学性能优异的微机电系统（MEMS）火工品用微尺度传爆药，以六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为主体炸药，以端羟基聚醚（HTPE）/硝化纤维素（NC）为复合黏结体系，以乙酸乙酯为共溶剂，加入一定量的甲苯二异氰酸酯（TDI）设计出一种全溶式炸药油墨，利用喷墨打印技术实现了高精度装药成型，利用异氰酸根与羟基的交联反应实现了微装药力学性能增强。采用电子密度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对打印样品的密度、微观形貌、热安定性、炸药晶型和力学性能进行了表征。结果表明，打印样品实测密度为1.70 g·cm^-3，可达最大理论密度的88.54%，打印样品中CL-20由ε晶型转变为β晶型，其热分解表观活化能为173.00 kJ·mol^-1，比原料CL-20提升了13.17 kJ·mol^-1。打印样品弹性模量可高达10.47 GPa，硬度为0.22 GPa，展现了良好的力学性能。喷墨打印装药具有良好的传爆能力，临界爆轰尺寸和爆速分别为1 mm×0.18 mm和8054 m·s^-1。

摘要:与传统浇注方法相比，利用增材制造（又称“3D打印”）技术制造的复合固体推进剂具有药柱构形不受模具限制，配方、性能连续可调等一系列技术优势。为提升打印效果，对基于光固化成型的复合固体推进剂打印配方及技术参数进行了研究，并对打印的推进剂样品进行了性能测试。此外，通过将电阻式温度传感器集成到打印推进剂样品中，实现了复合固体推进剂与电阻式温度传感器的一体化增材制造，并对不同温度下温度传感器的电阻值进行了检测。结果表明，在固含量为83%的固体推进剂浆料中添加不低于3%的紫外光（UV）固化树脂即可实现较好的预固化效果。对于固含量77%和80%的浆料，可以用直径为0.26 mm的针头挤出，而当固含量达到81%及以上时，需选择直径为0.5 mm的针头。当固含量为81%时，得到的推进剂样品维形性较好，外观无明显缺陷，但电子计算机断层扫描（CT）结果显示样品内部存在片状孔隙。20 ℃时，样品拉伸强度和断裂伸长率分别为0.94 MPa和15.63%；60 ℃时则分别为0.70 MPa和14.63%。与传统浇注推进剂相比，拉伸强度无明显变化，但断裂伸长率降低。电阻式温度传感器材料与推进剂间的结合强度为0.21 MPa，结合效果良好，且在测试温度范围（20~60 ℃）内传感器电阻随温度呈线性变化，展现出良好的温度监测能力。

摘要:喷墨打印技术是以墨滴为基础，集喷射工艺、离散堆积数控制造及计算机辅助设计于一体的先进精细微加工制造技术，是微机电系统（MEMS）火工品等微结构含能器件的重要装药途径之一。在喷墨打印过程中，如何实现墨滴的精确控制是提高材料可打印性和打印精度的关键。本文在系统调研喷墨打印成型机理研究的基础上，探讨了墨水的物理特性、打印工艺参数对墨滴形成方面的影响规律，梳理了“咖啡环”效应出现的原因及控制方法，归纳了喷墨打印过程中墨滴成形和沉积的控制策略，与此同时，综述了喷墨打印技术在传爆药、纳米铝热剂等方面的应用情况，展望了喷墨打印技术下一步在含能领域应用的发展方向。喷墨打印技术的按需滴加、皮升级沉积为微纳米结构含能药剂的精确装药提供了前提，在MEMS火工品、异形含能器件方面具有较好的应用前景。

摘要:金属-炸药粘接界面的结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为实现金属-炸药界面脱粘缺陷的高灵敏度检测，研究了基于多次超声脉冲反射的检测和成像方法，计算分析了铝、虫胶、黑索今（RDX）炸药3种介质的声阻抗以及粘接界面的超声反射特性，进一步针对不同胶层厚度和人工预制脱粘缺陷试件提取和分析了3次回波信号，讨论了不同胶层厚度对脉冲多次回波幅值的影响规律。实验结果表明，铝-胶界面、铝-水界面的反射波幅值差异明显，一次与多次回波均能有效区分有无胶层的区域，铝-胶界面引起的声衰减在多次回波中持续累加。随着胶层厚度增加，铝-胶和铝-水界面的声衰减特性差异在超声多次回波中体现的累加效应逐渐减弱。人工预制缺陷检测实验结果表明，多次超声脉冲反射法可以检出最小圆形Φ1.5 mm和矩形1 mm宽的脱粘缺陷。

摘要:为研究小尺寸高聚物黏结炸药（polymer bonded explosive，PBX）半球的热冲击损伤特征，针对Φ10 mm TATB基和HNS基PBX半球样品开展了0~100 ℃水浴温度冲击实验，利用X射线显微层析成像（Micro-computed tomography，μCT）技术研究了样品损伤的三维形态和分布特征，并采用热弹塑性二维轴对称模型对样品温度冲击过程的热传导和热应力进行了模拟分析。CT结果表明温度冲击后2种样品均由边角起裂，其中TATB基PBX半球沿边部环向扩展，形态曲折，具有撕裂和脆断特征；HNS基PBX半球沿轴向基本贯穿，形态平直，具有脆断特征。数字模拟结果表明温度冲击过程中TATB基PBX半球内部产生较强的拉应力，由边角区域至中心区域拉应力先后超过其拉伸强度，导致主裂纹由半球边角区域萌生并向内扩展。样品损伤形态与温度冲击作用下的应力分布特征、黏结剂温度特性吻合。本研究为TATB基和HNS基PBX温度冲击损伤机理分析奠定了基础。

摘要:为解决五唑金属盐合成中分离纯化困难等问题，以芳基五唑C—N切断反应后处理所得五唑钠水溶液为研究对象，采用沉淀法对五唑金属盐进行了分离纯化研究。结果表明，五唑钠水溶液中含有大量有机酸盐，以及硝酸钠、氯化钠等无机盐杂质。与N₅负离子相比，有机酸根更易与金属离子形成沉淀，从而影响五唑金属盐析出。将五唑钠水溶液调节为酸性，萃取除去有机酸盐后加入氯化钴，成功沉淀得到五唑钴金属盐。研究发现，pH值越低，有机酸盐的去除效率越高，五唑钴纯度越好。确定了五唑钴的适宜分离纯化条件：pH值为3，氯化钴与原料4-氨基-2，6-二甲基苯酚（1）的摩尔比为0.26∶1。离子色谱表明，所得五唑钴经简单重结晶后纯度高达97.9%。在此基础之上，研究了沉淀法对其它五唑金属盐的适用性。结果表明，沉淀法亦适用于五唑铁、五唑亚铁和五唑铜等金属盐的分离纯化。

摘要:为验证时间-温度-应力原理在TATB基PBX拉伸蠕变中的适用性，实现长期拉伸蠕变变形评估计算，开展了某TATB基PBX恒应力不同温度的常规拉伸蠕变实验和恒温度梯级拉伸蠕变实验，采用陈氏法对梯级加载蠕变曲线进行分解处理，得到恒温度不同应力的拉伸蠕变曲线，基于非线性粘弹性材料的时间-温度-应力等效原理，采用二分法计算程序对各蠕变柔量曲线进行了平移汇集，获得了参考温度和应力（30 ℃、3.0 MPa）下的温度应力耦合蠕变柔量主曲线和考虑温度和应力的Williams-Landel-Ferry方程参数。结果表明在所分析的温度范围（30~50 ℃）和应力范围内（1.0~5.5 MPa），TATB基PBX的拉伸蠕变行为较好地符合时间-温度-应力等效原理描述，可以利用该原理通过高温度高应力的PBX短期拉伸蠕变实验预测其低温低应力的长期拉伸蠕变变形。