CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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    • 液滴限域结晶制备CL-20/HMX共晶毫米空心球及其性能

      2023, 31(12):1206-1213. DOI: 10.11943/CJEM2023136

      摘要 (441) HTML (243) PDF 1.51 M (4084) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究聚集结构对六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL?20/HMX)共晶性能的影响,采用液滴限域结晶法制备了球形CL?20/HMX 共晶。采用场发射扫描电子显微镜(FE?SEM)、X 射线粉末衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT?IR)对共晶样品进行形貌结构表征,并通过热分析、感度和燃烧测试对共晶样品进行性能分析。结果表明,该方法成功制备 CL?20/HMX 共晶毫米空心球,其直径在 1.3~1.85 mm 之间,空心率约 40%,比表面积为 6.890 m2?g-1。球形 CL?20/HMX 共晶的放热峰温为 245.8 ℃,热分解活化能(463.02 kJ?mol-1)和热爆炸临界温度(241.28 ℃)均高于片状 CL?20/HMX 共晶,热稳定性提高;撞击感度优于原料和片状 CL?20/HMX 共晶,摩擦感度介于 CL?20 和 HMX 之间,但低于片状 CL?20/HMX 共晶;点火延迟时间小于 8 ms,火焰明亮、燃烧高效稳定,而片状共晶、原料及其物理混合物均为无焰燃烧。

    • 侧向环形切缝装药爆破效应及其在硬岩掏槽中的应用

      2023, 31(12):1245-1254. DOI: 10.11943/CJEM2023208

      摘要 (431) HTML (215) PDF 2.49 M (3496) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对硬岩巷道掏槽效果差的问题,提出了侧向环形切缝装药以提高槽腔内侧的破岩能力,理论分析了该装药的爆破效应,通过模型实验讨论了该装药爆破以后爆炸应变和爆生裂隙的分布特征,并开展现场试验探究了该装药的应用效果。结果显示:侧向环形切缝装药在切缝位置会形成聚能效应,促使切缝位置处岩体承受更强爆炸载荷,从而具有更强的裂隙扩展能力。侧向环形切缝管的存在会降低非切缝方向爆炸应变和提高切缝方向爆炸应变,应变分布特征证明了侧向环形切缝装药在切缝方向的聚能现象;并且通过观测宏观裂隙扩展情况,侧向环形切缝装药在切缝方向的裂隙扩展能力得到了明显提高。与常规柱状装药掏槽爆破技术相比,在硬岩巷道采用侧向环形切缝装药掏槽爆破技术可以提高掘进效率和减少掘进成本,结果验证了侧向环形切缝装药在硬岩巷道掏槽爆破中具有良好适用性。

    • 液滴微流控技术制备DAAF/氟橡胶复合微球

      2023, 31(11):1105-1115. DOI: 10.11943/CJEM2023082

      摘要 (442) HTML (252) PDF 2.52 M (4410) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用液滴微流控技术,以活性剂浓度为0.5%的水溶液为连续相,以DAAF的乙酸乙酯溶液为分散相,通过流体聚焦式微通道制备了DAAF/F2602复合微球,研究了两相流速比、分散相浓度以及活性剂种类对DAAF/F2602复合微球的颗粒形貌、粒径以及圆形度的影响,得出了最佳工艺条件,并与水悬浮法进行了对比。研究结果显示,流体聚焦式微通道制备的最佳工艺为悬浮液浓度为4%、两相流速比为16∶1、活性剂为CTAB。2种制备方法所得样品的DAAF晶型均未发生改变,撞击感度均大于100 J,摩擦感度均为0%大于360 N,表明2种样品安全性能良好。其中液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球的粒径为20.22~53.85 μm,小于水悬浮法所得复合粒子的粒径(121~356 μm),且粒径分布更加均匀,热分解峰峰温也延后了6.45 ℃,活化能增加了6.12 kJ·mol-1,热稳定性提高。液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球堆积形成的锥角为34°,小于水悬浮法所得复合粒子堆积形成的锥角(40°),流散性好。

    • 双基发射药黏弹特性与本构模型研究

      2023, 31(11):1124-1133. DOI: 10.11943/CJEM2023145

      摘要 (339) HTML (192) PDF 1.73 M (3860) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究双基发射药的黏弹性和力学响应特点,对双基发射药开展了黏弹特性与本构方程研究。通过拉伸、压缩、断面观察和应力松弛实验研究,明确了双基发射药的黏弹性质;然后以Reduced Polynomial (N=5)模型和Prony级数建立了双基发射药的超弹-黏弹模型,利用实验数据获取了模型参数;最后对所建立的双基发射药超弹-黏弹模型进行了验证。结果表明,双基发射药超弹本构模型对单轴拉伸应力应变的仿真结果与实验结果之间的误差不高于5.01%,超弹-黏弹本构模型对应力松弛的仿真结果与实验结果之间的误差不超过6.49%,说明建立的双基发射药超弹-黏弹本构模型能够较好地描述双基发射药的力学特性,能够为发射药力学性能研究提供重要的研究方法和仿真手段。

    • 初始自由空腔体积对PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响

      2023, 31(10):1035-1040. DOI: 10.11943/CJEM2023007

      摘要 (316) HTML (199) PDF 2.51 M (3432) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了认识初始自由空腔对约束奥克托今(HMX)基PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响,以圣地亚热点火(SITI)实验装置为参考,设计了初始自由空腔体积率分别为1.0%和7.4%的弱约束慢烤实验装置。在相同的温升速率下开展了约束HMX基PBX-3炸药慢烤实验,通过小尺寸K型热电偶测量炸药中心平面不同位置以及壳体表面的温度变化历程,采用耐高温光子多普勒测速探头测量炸药热爆炸后壳体的运动速度,并在慢烤箱中回收实验装置残骸。结果表明:在相同的壳体约束强度和加温条件下,2种不同初始自由空腔体积率的约束PBX-3炸药均在中心区域首先发生点火反应;初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸时刻壳体表面的温度更高,炸药整体温度更高,炸药点火反应后壳体加速更快、速度更高,实验装置残骸碎片更小,反应烈度更高。分析认为:初始自由空腔体积率为1.0%时,热爆炸前炸药受到的应力更大,炸药损伤更严重;炸药中心点火反应后,更大的热应力使得炸药点火反应产生的气体在中心聚集形成更高的压力,炸药燃烧速率更大,燃烧产生的高温气体更容易进入微裂纹,形成更强的对流燃烧,导致压力增长速率更快,炸药反应更剧烈。

    • 热刺激约束DNAN基不敏感熔铸炸药装药点火后反应演化调控模型

      2023, 31(10):1004-1012. DOI: 10.11943/CJEM2023160

      摘要 (406) HTML (247) PDF 1.63 M (4401) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对热刺激下熔铸炸药点火时基体炸药已处于熔融液化状态,反应产生的高温气体以气泡云形式在液态炸药中扩展和反应的物理特性,考虑燃烧气泡云尺度分布和激活发展机制,建立了熔铸炸药点火后燃烧气泡云反应演化调控模型,可较好地反映炸药本征燃烧速率、壳体约束强度、装药结构尺寸、预留空气隙体积、泄压孔面积等对装药反应演化过程和终态反应度的影响规律,并通过与实验结果对比验证了模型的适应性。结果表明:随着壳体约束强度和装药尺寸增加,装药自增强燃烧速度增长越快,装药反应烈度增大;通过泄压孔结构冲开阈值和泄压孔面积的匹配设计,实现装药反应烈度控制,在本研究装药条件下,泄压孔面积占壳体总面积达8.6‰时可控制装药反应烈度为燃烧,为装药热安全性设计和烈度评估提供理论依据。

    • 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 (587) HTML (277) PDF 2.36 M (5175) 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。

    • 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 (337) HTML (222) PDF 1.54 M (4313) 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。

    • 吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

      2023, 31(8):820-831. DOI: 10.11943/CJEM2023125

      摘要 (450) HTML (296) PDF 2.05 M (4766) 评论 (0) 收藏

      摘要:受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明:2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。

    • 聚能杆式射流侵彻混凝土和岩石靶体试验与数值模拟

      2023, 31(8):773-785. DOI: 10.11943/CJEM2023071

      摘要 (630) HTML (236) PDF 5.37 M (5053) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究聚能杆式射流成型及其对混凝土和岩石靶体的侵彻破坏特性,分别开展了大隔板聚能装药射流成型X光试验及侵彻混凝土和岩石靶试验。同时,利用ANSYS/AUTODYN有限元软件,针对大隔板聚能装药爆轰波演化过程、杆式射流成型及侵彻混凝土和岩石过程进行了数值模拟,结合试验结果分析了聚能杆式射流对混凝土和岩石靶体的侵彻毁伤特性。研究结果表明:大隔板聚能装药炸药采用Lee-Tarver状态方程能够较为准确的描述爆轰波的传播过程,射流参数(侵彻体长度、射流长度、射流头部速度和射流直径)与试验相比最大误差为12.8%。大隔板聚能装药起爆后可形成大长径比的杆式射流,侵彻后的混凝土和岩石靶中均有明显的开坑区,但侵彻混凝土过程中扩孔作用不明显。其中,侵彻试验中混凝土靶形成的侵彻深度和侵彻孔径相较于岩石靶分别提高了46.7%和48.1%,而岩石靶表面破坏程度和开坑区域均大于混凝土靶。与混凝土靶相比,由于射流侵彻岩石靶过程中裂纹的不断扩展,形成的裂纹长度和宽度均大于混凝土靶,因此靶体损伤范围较大,内部破坏严重。

    • 喷雾干燥技术细化NTO及其性能

      2023, 31(7):635-644. DOI: 10.11943/CJEM2023114

      摘要 (439) HTML (257) PDF 3.09 M (3196) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的形貌及减小粒径,以丙酮为溶剂,采用喷雾干燥技术制备得到细化NTO产品,研究了入口温度,进气流量,进料速率,前驱液质量浓度对细化NTO形貌及粒径的影响,筛选出最佳的喷雾干燥工艺参数;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和同步热分析仪(TG-DSC)对细化NTO产品的表面形貌、分子结构及热稳定性进行了表征与测试。结果表明,在入口温度为60 ℃,进气流量为357 L·h-1,进料速率为3 mL·min-1,NTO前驱液浓度为16.57 mg·mL-1时,可获得形貌效果好、晶体结构稳定、粒径分布范围较窄且平均粒径为1.2 μm的类球形NTO;与原料相比,细化NTO的热分解表观活化能提升了41.7 kJ·mol-1,热爆炸临界温度提高了10.4 ℃,具有更优的热稳定性。

    • 高球形度核壳结构超级铝热剂的制备及点火性能

      2023, 31(7):645-653. DOI: 10.11943/CJEM2022207

      摘要 (611) HTML (249) PDF 2.45 M (3723) 评论 (0) 收藏

      摘要:为得到含能材料3D打印用球形核壳结构超级铝热剂,采用固体颗粒间直接包覆喷雾造粒法制备了Al2#@CuO与Al2#@Bi2O3高球形度核壳结构超级铝热剂。利用NanoMeasure统计软件研究了构筑参数(粒径比、固含量)对其粒径尺寸的影响;通过电镜、X射线衍射仪表征了球形核壳结构;采用休止角法表征其流散性;利用高速摄影机观测其点火特性。结果表明,固含量为25%、2#铝粉与纳米金属氧化物(CuO、Bi2O3)粒径体系构筑参数所得2种球形核壳结构超级铝热剂结构为理想球形核壳结构,平均粒径约40 μm,壳层平均厚度分别为7.79 μm(Al2#@CuO-25%)、10.47 μm(Al2#@Bi2O3-25%);与机械混合样相比,球形核壳结构超级铝热剂的流散性有较大提升,Al/CuO体系由48.8°减小至22.9°,Al/Bi2O3体系由37.3°减小至16.6°,Al2#@CuO球形核壳结构超级铝热剂的燃烧时间由100 ms增加到了0.9 s左右,表明改变微观结构会影响其燃烧特性。

    • 灼热桥丝式电火工品脉冲电流激励发火规律分析

      2023, 31(6):589-597. DOI: 10.11943/CJEM2022280

      摘要 (420) HTML (178) PDF 1.28 M (4686) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究灼热桥丝式电火工品的脉冲激励安全性,建立了灼热桥丝式电火工品的温升数理模型,研究了灼热桥丝式电火工品的发火判据,设计了灼热桥丝式电火工品临界发火电流的计算流程,揭示了单脉冲和脉冲串电流的激励参数对灼热桥丝式电火工品临界发火电流的影响规律。结果表明,在单脉冲激励下,当脉冲宽度小于5 μs时,灼热桥丝式电火工品的临界发火能量固定,即桥药系统处于绝热状态,灼热桥丝式电火工品是否发火与桥丝输入的能量有关;而当脉冲宽度大于15 ms时,灼热桥丝式电火工品临界发火电流固定,其发火状态与桥丝的电功率有关。在窄脉冲串电流激励下,临界发火电流随重复周期变化曲线的时间常数与脉宽无关,且当重复周期大于1.25 ms时,桥药系统无热累积效应,其临界发火电流与单脉冲电流作用情况一致;而当重复周期小于1.25 ms时,桥药系统出现热累积效应,该效应导致临界发火电流随重复周期降低而迅速衰减。

    • 新型四唑-5-甲酰肼高氯酸镍高氮含能配合物的合成与性能

      2023, 31(6):531-538. DOI: 10.11943/CJEM2023041

      摘要 (557) HTML (270) PDF 1.46 M (4951) 评论 (0) 收藏

      摘要:寻找绿色低毒的无铅起爆药一直是含能材料的重要研究方向,本研究以1H-四唑-5-甲酸乙酯为原料通过肼解反应、配位反应合成了新型四唑类配体1H-四唑-5-甲酰肼(TZCA)及其高氯酸镍配合物Ni(TZCA)2(ClO42(ECCs-1),通过X-射线单晶衍射、红外光谱、核磁、元素分析、热重及同步热分析仪对其进行了结构表征和热分解性能测试;采用氧弹量热法测试了ECCs-1的燃烧热并采用盖斯定律和K-J方程预测了其爆轰性能;采用BAM测试方法测试了ECCs-1的感度;烤燃实验和铅板测试表征其起爆性能。结果表明,TZCA密度为1.83 g·cm-3,单斜晶系,C2/c空间群,堆积方式为V型交错堆积,ECCs-1粉末密度为1.90 g·cm-3,撞击感度为17 J,摩擦感度为72 N,热分解温度为336 ℃,其热分解反应活化能为183.3 kJ·mol-1,热爆炸临界温度为309.8 ℃,活化熵为46.745 J·K-1·mol-1,活化焓为178.563 kJ·mol-1。热烤实验和铅板测试结果表明,ECCs-1具有良好的起爆性能。

    • 生物柴油对现场混装乳化炸药的热分解特性和抗振动性能的影响

      2023, 31(5):467-476. DOI: 10.11943/CJEM2022262

      摘要 (285) HTML (267) PDF 2.25 M (2610) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究生物柴油对现场混装乳化炸药的热分解特性及抗振动性能的影响,利用激光粒度分析仪、光学显微镜、同步热分析技术、振动实验和水溶法,对以生物柴油为油相材料的现场混装乳化炸药基质样品的微观特性、热分解特性以及抗振动性能进行了研究,其中生物柴油的质量比分别为0%,1%,2%和3%。结果表明:添加生物柴油的现场混装乳化炸药基质样品平均粒径普遍较小,内相粒子的均一性较好,平均粒径与分散性指数较未添加生物柴油的样品分别降低了12.9%和38.0%;当体系中生物柴油的质量分数占整体的3%时,其分解反应的起始温度与峰值温度较未添加生物柴油的现场混装乳化炸药基质样品分别降低了5.8%和3.7%,反应活化能则降低了12.3%,热稳定性有所降低;在抗振动性能方面,生物柴油含量为3%的现场混装乳化炸药基质样品性能最差,其溶失率在6个周期后从0.117%增长到0.313%,且在4个振动周期后出现析晶现象;生物柴油含量为1%的现场混装乳化炸药基质样品抗振动性能最好,在6个振动周期后其溶失率从0.070%增长到0.197%,且未出现析晶。当样品中生物柴油含量为1%时,其内相平均粒径小、分布均匀性好、热安全性好且抗振动性能最佳。

    • 高落速云雾爆轰的数值模拟

      2023, 31(5):431-439. DOI: 10.11943/CJEM2022265

      摘要 (300) HTML (240) PDF 1.88 M (3173) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究落速 1000 m·s-1条件下的燃料分散和爆轰过程,建立了燃料分散爆轰的计算仿真模型,以静态燃料分散及云雾爆轰实验结果作为数值方法进行了验证,分析了2 kg环氧丙烷燃料在高落速条件下分散爆轰的温度、压力随时间变化规律。结果发现:落速1000 m·s-1条件下,数值模拟得到了云雾形态、浓度场随时间和空间的分布规律,云雾形态大致呈扇形,浓度随距离增加逐渐降低,最终达到稳定分布,云雾径向半径可达2.24 m,同时得到云雾爆轰过程及爆轰压力场、温度场的影响规律,起爆后形成弧形波阵面向外扩散且温度压力不断衰减。数值模拟结果与实验相吻合,为高落速云爆武器系统的安全设计提供了新途径。

    • 共轴聚焦型微流控装置剪切高粘溶液连续制备双基球形发射药

      2023, 31(4):338-346. DOI: 10.11943/CJEM2022227

      摘要 (457) HTML (220) PDF 1.84 M (4677) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索连续化生产粒径可控的百微米范围内双基球形发射药工艺条件,以质量分数为10%的双基发射药溶液为分散相,采用共轴聚焦型微流控装置制备了400~700 μm范围内粒径可控的双基球形发射药,并研究了两相流量比(Qc/Qd)、芯片尺寸对其粒径和形貌的影响。通过扫描电镜、光学显微镜、密闭爆发器等测试方法,表征了样品形貌、粒径分布和定容燃烧性能。结果表明:随两相流量比(Qc/Qd)减小,相同芯片下制备样品的中位粒径(D50)先增大后减小;随芯片的连续相或分散相通道内径增大,相同两相流量比下制备样品的D50依次增大。当分散相通道内径为0.85 mm,连续相通道内径为2.00 mm,两相流量比为200.00时,制备的样品单分散性好、表面光滑、内部密实、球形形状规则(平均球形度φK=0.949)且粒径分布窄(跨度span=0.09),其D50为539.94 μm,平均颗粒密度ρ为1.601 g·cm-3。密闭爆发器实验中,压力-时间曲线表明球形样品在2种装填密度(Δ1=0.12 g·cm-3Δ2=0.20 g·cm-3)下能稳定燃烧,动态活度-相对压力曲线符合密实球形药减面燃烧规律。

    • 新型二硝酰胺根多氮含能铜配合物的合成与表征

      2023, 31(4):317-324. DOI: 10.11943/CJEM2022221

      摘要 (580) HTML (191) PDF 1.49 M (4949) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了高效地制备低感度、环保的含能燃速催化剂,以二硝酰胺铵(ADN)为前体,经离子交换反应得到二硝酰胺酸(HDN),该反应液与碱式碳酸铜(Ⅱ)反应制备二硝酰胺铜(Ⅱ),再与富氮配体(氨、咪唑、4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮)进一步合成获得了3种含能金属配合物[Cu(NH34(DN)2]、[Cu(IMI)4(DN)2]、[Cu(ATO)4](DN)2。利用X射线单晶衍射、红外光谱、元素分析等方法准确表征了3种配合物的结构,测定了3种配合物的热稳定性、吸湿性、撞击感度、摩擦感度、静电火花感度以及[Cu(IMI)4(DN)2]对推进剂燃速的提升效果。结果表明3种配合物的热稳定性均满足固体推进剂的应用要求,初始分解温度均大于140 ℃。3种配合物的吸湿性有明显改善,仅为原料ADN的2%~5%。配合物[Cu(IMI)4(DN)2]的感度最低,撞击感度28.6 J、摩擦感度0%、静电火花感度185 mJ。在丁羟推进剂中添加质量分数为4%的[Cu(IMI)4(DN)2]时,可将基础配方推进剂燃速提升27.7%。

    • 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 (352) HTML (219) PDF 1.32 M (5191) 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。

    • 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 (529) HTML (269) PDF 1.48 M (6128) 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。

    • 不同晶体特性CL‍-20热晶变规律与动力学

      2023, 31(2):142-151. DOI: 10.11943/CJEM2022122

      摘要 (890) HTML (212) PDF 1.68 M (5151) 评论 (0) 收藏

      摘要:六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‍-20)的晶型转变与控制技术是含能材料领域的热点,也是其应用推广时必须解决的关键问题。为了更加深入掌握不同晶体特性ε‍-CL‍-20的晶型转变规律与机制,采用原位X射线粉末衍射仪技术,对其热晶变行为及等温晶变动力学进行研究,探讨了晶体表面及内部缺陷对CL‍-20的εγ热晶变行为的影响,计算了不同晶体特性ε‍-CL‍-20的等温晶变动力学并获得了相关参数。结果表明,温度是影响ε‍-CL‍-20热晶变的主导因素,对于几十到几百微米的ε‍-CL‍-20,随着晶体内部及表面缺陷的增多,热晶变起始温度降低、热晶变速率增大。与粒径100 μm的ε‍-CL‍-20晶体相比,超细ε‍-CL‍-20(0.5~1 μm)的热晶变起始温度更高,热晶变速率也较快,并从晶体缺陷的两面性解释了超细ε‍-CL‍-20的异常热晶变行为。CL‍-20在热刺激作用下发生εγ晶变时,晶体的表面缺陷及内部缺陷作为相变过程的薄弱环节对其有诱导作用,γ晶型在ε‍-CL‍-20晶体上成核势垒较低的空位、杂质或位错等缺陷处优先成核,随后在这些位置逐渐长大。

    • 4,8-二(2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯基)双呋咱并吡嗪的合成与性能

      2023, 31(2):107-113. DOI: 10.11943/CJEM2022248

      摘要 (440) HTML (223) PDF 1.21 M (4196) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索兼具良好耐热性能和安全性能的新型含能材料,以1-氯-2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯和4H,8H-双呋咱并吡嗪为原料,经取代反应合成了4,8-二(2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯基)双呋咱并吡嗪(NADFP)。采用核磁共振(氢谱、碳谱)、红外光谱、元素分析等测试方法对化合物结构进行了表征。通过溶剂挥发法培养获得NADFP与NN′-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂合物的单晶NADFP·DMF,利用X-射线单晶衍射法进行解析。结果表明,NADFP·DMF属单斜晶系,P21/c空间群,a=7.854(3) Å,b=18.466(6) Å, c=11.093(3) Å,ρ=1.640 g·cm-3。使用Hirshfeld表面分析法计算了分子内/分子间作用力,显示氢键占比高达53.5%。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)研究了NADFP的热分解性能,结果显示热分解峰温为337.2 ℃和368.8 ℃。研究了NADFP的理论爆轰性能和机械感度,密度为1.81 g·cm-3,固相生成热827.1 kJ·mol-1,理论爆速7968 m·s-1,理论爆压27.5 GPa,撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N。其综合性能显著优于常用耐热炸药六硝基茋。

    • 基于膜分离的HMX绿色结晶制备与表征

      2023, 31(1):8-17. DOI: 10.11943/CJEM2022134

      摘要 (523) HTML (307) PDF 2.36 M (4756) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规炸药结晶方法(蒸发、溶析及降温等)过饱和度均一性调控难、溶剂回收率低等问题,设计了基于压力驱动、错流过滤的有机溶剂纳滤(OSN)膜结晶装置,并用于奥克托今(HMX)的膜结晶工艺研究。探讨了关键工艺参量(温度、压力)对其结晶形态和粒度的影响,与蒸发结晶进行了晶体形貌、结构的对比。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等方法表征了2种方法重结晶后的HMX晶体。进一步考察了纳滤膜的长期操作稳定性,并将渗透回收的溶剂进行了再次膜结晶。结果表明,通过对温度与压力的优化控制,膜结晶工艺能够获得粒度分布窄(变异系数<46%)、晶体密度高(ρavg=1.8997~1.9004 g·cm-3)及热稳定性优异的β-HMX。相较蒸发结晶,膜结晶过程中的过饱和度调控更易操作,制备的晶体形态更加均一;纳滤膜多次重复使用后,对溶剂中HMX分子的截留率仍能保持在92%以上,表现出良好的渗透选择稳定性;采用渗透回收的溶剂进行膜结晶仍能获得中值直径为34.92 μm、变异系数为37.22%的β型HMX晶体,表明该技术能够实现对结晶溶剂的高效回收再利用。

    • 纳米铝颗粒在不同炸药环境中氧化燃烧的分子动力学模拟

      2023, 31(1):48-60. DOI: 10.11943/CJEM2022231

      摘要 (662) HTML (307) PDF 5.65 M (4072) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索炸药环境对纳米铝颗粒(ANP)氧化燃烧的影响,采用分子动力学模拟方法,研究了程序升温加热、恒温加热及绝热加热下ANP在硝化甘油(NG)、黑索今(RDX)和三氨基三硝基苯(TATB)环境中的氧化燃烧机理。结果表明,NG、RDX和TATB对ANP的氧化性依次减弱,对燃烧的微观机制产生了不同的影响。在氧化形貌上,随着炸药环境氧化性的减弱,ANP在急速升温下发生崩裂的程度减弱,氧化速度变慢,最终形成的Al团簇中Al原子的主要配位数从NG环境中的7配位下降为TATB环境中的6配位。并且在TATB环境中,ANP上解离的Al原子在环境中形成了原子数约为100的大团簇结构,这也抑制了ANP的氧化进程。在团簇数量上,程序升温加热下不同炸药环境间的差异较小。而在恒温加热和绝热加热下,随着炸药环境氧化性的减弱,ANP崩裂后形成的Al团簇数量减少,并且由于小Al团簇在氧化性弱的环境中不易团聚,此后Al团簇数量会在短时间内持续增加。在化学反应特性上,NG环境中的ANP主要与炸药分解的含氧产物反应,导致形成的Al团簇氧化更加完全。而在RDX和TATB环境中,ANP还能与N2、CN等不含氧产物发生大量反应,导致形成的Al团簇中包含较多的C、H、N原子,Al团簇的氧化并不完全。

《含能材料》编辑部

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