掺杂对BNCP半导体激光起爆感度的影响

对激光敏感药剂高氯酸.四氨.双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)进行掺杂,以半导体激光直接作用药剂的方法,研究了掺杂物的种类、含量和波长对BNCP激光起爆感度影响。结果表明:在同样的条件下,未掺杂的BNCP在激光器最大功率下都不能发火,而加入适合的掺杂物的种类和含量能够大大提高BNCP半导体激光起爆感度;在635 nm波长下,掺杂物中掺杂酞箐铜能量最低,50%发火阈值达0.24 mJ,平均延期时间2.3 ms;掺杂吸光物C,50%发火阈值达0.57 mJ,平均延期时间5.5 ms;在915 nm波长下,掺杂吸光物C含量为5%时,50%发火阈值最小,为5.06 mJ。

BNCP粒度对固体激光起爆感度和延期时间的影响

为提高火工药剂的激光感度,以3%(质量)碳黑为掺杂物,研究了高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)粒度对激光起爆能量和延期时间的影响,结果表明:在同样的条件下,BNCP粒度越小,激光起爆阈值越小,最小达2.17mJ;延期时间越短,最短达326.7μs。

钝感起爆药BNCP的热安全性

采用DSC和TG试验研究了BNCP的热性能,并与常规起爆药Pb(N3)2和CP进行了对比。设计了一种热烤实验装置,对BNCP的耐热性进行了实验研究。结果表明,BNCP的热分解温度低于Pb(N3)2和CP,但其表观活化能大于Pb(N3)2和CP。BNCP在240℃以下的环境温度中的分解量较小,有较好的热安全性。在环境温度低于90℃的条件下,可以长期放置。当环境温度接近药剂的热分解温度266℃时,药剂被烤爆,烤爆温度为248～260℃。

高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)的晶体结构

制备了高氯酸.四氨.双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)的单晶,用X-ray单晶面探衍射仪对其晶体进行了结构测定。证实该晶体属单斜晶系,空间群为P2(1)/n。晶胞参数为:a=10.0149(11);b=10.5387(11);c=14.8241(16)。V=1479.2(3)3,Z=4,DC=2.050 mg.mm-3,μ=1.421 mm-1,F(000)=928,并得到了BNCP的原子坐标、等效温度因子、键长、键角和扭转角等数据。根据测试参数,分析了BNCP的结构特点和分解机理。

BNCP起爆药的合成及其主要性能

研究了高氯酸·四氨·双（5－硝基四唑）合钴（Ⅲ）（BNCP）起爆药的合成方法，对BNCP的结构和主要性能进行了测试。

碳纳米管及碳黑对BNCP感度性能的影响

采用DSC、GJB5891.22,24,25,27-2006方法研究了掺杂碳纳米管(CNTs)及碳黑(CB)对高氯酸.四氨.双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)的热、撞击、摩擦、火焰、静电火花和激光感度的影响。结果表明:(1)碳纳米管和碳黑能够降低半导体激光起爆BNCP发火阈值;(2)掺杂5%CNTs和5%CB的BNCP的50%激光发火阈值分别为13.76和5.06 mJ;(3)在加热速率为10℃·min-1的条件下,BNCP、BNCP/CNTs、BNCP/CB主要放热分解峰温度分别为289.87,277.75,276.67℃;(4)撞击、火焰感度:BNCP>BNCP/CNTs>BNCP/CB;摩擦感度:BNCP/CB>BNCP/CNTs>BNCP;静电火花感度:BNCP/CB>BNCP>BNCP/CNTs。

BNCP超细粒子的制备和表征

采用机械研磨和低温干燥的方法获得了高氯酸·[四氨·双(5-硝基四唑)]合钴(Ⅲ)(BNCP)的超细粒子。细化后,BNCP粒子外形趋于圆滑,粒度分布在亚微米至2μm之间;比表面积由细化前的0.087m2·g-1增大至10.8m2·g-1,撞击感度和摩擦感度均有所降低。

用超级电容器驱动激光起爆BNCP的技术研究

为了研究基于超级电容驱动激光起爆的作用规律,建立了基于超级电容驱动的激光输出时域模型,设计了超级电容驱动激光起爆装置,获得了在不同容值和放电电压下激光的输出波形,测试数据与数值仿真数据基本吻合。利用超级电容驱动激光起爆装置研究了以高氯酸·[四氨·双(5?硝基四唑)]合钴(Ⅲ)(BNCP)为始发药、JH?14为输出装药的激光起爆器起爆规律。结果表明,基于超级电容驱动的激光起爆时间随着放电电压的升高而显著降低,降幅最大达71%,随电容容值的增大略有降低,降幅约32.1%,起爆能量均在0.037～0.057 mJ,起爆能量利用率随放电电压升高、电容值增大而降低,在放电电压13.5 V,电容120 mF的测试条件下,起爆作用时间最快为14.8μs,实现了超级电容驱动激光快速起爆。

新型起爆药BNCP的应用研究

为了进一步推广新型安全钝感起爆药BNCP的军事应用,开展了BNCP的性能分析及其在起爆器和点火器中的应用研究。通过对BNCP的热性能、热安定性、相容性及感度进行测试,得到了BNCP的基础性能数据;对装填BNCP的两种火工品的输出性能进行测试,结果表明:在某起爆器中用BNCP代替CMC-LA,装药量减少了25mg,输出压力平均值提高了2.1MPa;在某电点火器中用BNCP代替b-LTNR,装药量减少了5mg,输出压力平均值提高了约2.5MPa。采用BNCP的两种火工品均能够正常作用,且做功能力增强,说明BNCP可以代替叠氮化铅和斯蒂芬酸铅在部分火工品中进行应用。

半导体桥BNCP雷管的研究

我们介绍了使用半导体桥（SCB）起爆BNCP雷管的实验情况。我们分别试验了两种雷管，一种用于国防部（DOD），一种用于能源部（DOE）。这些试验包括：DOD雷管在不同发火条件下的试验；两种装有不同颗粒BNCP炸药的DOD雷管的试验；DOE雷管用－50μF电容放电元件（CDU）发火装置在24V全发火条件下试验。

超细BNCP比表面积对其性能的影响

以无水乙醇为非溶剂，采用机械研磨和低温干燥的方法制备了高氯酸·[四氨·双（5-硝基四唑）]合钴（Ⅲ） （BNCP）的超细粒子，测试了其粒度、比表面积、感度、热性能。结果表明，超细粒子粒度小于2 μm；比表面积分布为3.88～13.9 m^2·g^-1；其撞击感度和摩擦感度均随比表面积的增大而逐渐降低；细化样的静电感度比原样大，但随比表面积增大而变化的趋势不明显；DSC热分解起始温度和峰温随比表面积的增大而有所提前。

用BNCP作为主要含能材料的激光雷管的初步审查结果

Indian head Division,Naval Surface Warfare Center(IHDIV,NSWC)是国防部药筒。药筒驱动装置（CAD）和空勤人员逃逸推进系统（AEPS）的领导机构。自从1980年以来，CAD研究与发展/产品改进项目部在激光器点火研究和激光器起爆传递能量了系统（LITES）的设计，研制和试验方面很活跃。Pacific Scientific能源系统部自1968年以来用作爆燃转爆轰材料的BNCP，高氯酸·[四氨·双（5-硝基四唑）]合钴（Ⅲ）的激光雷管。这种材料（BNCP）是Pacific Scientific和Sandia National Laboratories为能源部研制的。本文介绍了IHDIV，NSWC和Pacific Scientific在初步审查过程中对这种光学雷管合作进行的Neyer感度，环境和功能试验的结果。

CP和BNCP的快速激光二极管点火

与常规起爆器相比较，激光二极管点火装置具有内在的安全优点，但是，使用受限制，主要是因为其不能迅速起爆炸药。本文描述了为了将激光二极管点火装置作用时间降低至微秒范围而进行的预先实验研究。为了实现此目标，将入射激光的功率密度增大，使其达到1MW/cm^2能级。对8种不同药粉结构的CP和BNCP进行了研究，目的是确定平均颗粒尺寸、碳黑掺杂百分比和密度对点火延期和作用时间的影响。起爆的试验表明：由于用同种药粉结构进行的多次试验得到的是不可重复数据，因此，密封方面的问题和激光光点尺寸的问题产生的结果也不一致。所以，不可能得到有关平均颗粒尺寸、碳黑掺杂百分比和密度影响的结论；但是，两种装置显示的作用时间比过去研究中获得的作用时间快得多。有关作用时间在下文将进行详细讨论。

空勤人员逃逸系统用光学BNCP/HNS雷管的发展

印第安赫德局，海军水面武器中心（IHDIV，NSWC）已经完成了各种空勤人员用光学雷管设计和试验的研究发展项目。该雷管接收的是1.06微米波长的激光输入刺激，产生的是一种完全扩大的冲击波输出，这种冲击波输出重现的是铠装式柔性导爆索（SMDC）和目前海军中使用的其他爆炸元件的输出。BNCP是这种雷管的主要含能材料，它还使用HNS产生最终输出。这种雷管的功能试验包括在环境条件下的20发Neyer感度试验，以确定该设计的起爆阈值和在-65°F，70°F和225°F下进行的性能试验。另外，在功能试验以前对若干个雷管进行了14天和28天的环境应力试验，包括温度冲击，湿度和高空循环。对经过这些试验的雷管进行了“全发火”能级试验，试验结果满足在铝块上产生最小0.040英寸凹痕的SMDC输出要求。在功能试验项目结束时，进行了σ鉴定项目。该雷管已成功地完成了这些试验，并且完全符合国防部（DoD)的使用要求，本文全面介绍了这种雷管的设计，所有试验和分析结果，以及这种雷管的未来计划。

BNCP炸药研制的近期活动

桑迪亚国家实验室和太平洋科学公司能量动力部（原来的Unidynamic公司）早就有了基于高氯酸·（五氨·5－取代四唑）合钴（Ⅲ）的DDT（燃烧转爆轰）炸药的研制计划以应用于热桥丝火工品。这些炸药将有可能用作为起爆药如叠氮化铅、斯蒂芬酸铅的取代物。开始的计划是研制高氯酸·[五氨·（5－氰基四唑）]合钴（Ⅲ）（通常称之为CP）。它已在能源应用部门应用了15年以上。现在由于CP的原料之一氰气在美国受到严格的EPA限制而不再能够购到，所以CP也不再生产。这就需要进一步研制另外一种高氯酸·（五氯·5－取代四唑）合钴（Ⅲ）炸药，以满足能源部应用的需要。这种努力的结果导致了BNCP即：高氯酸·[四氨·双（5－硝基四唑）]合钴（Ⅲ）的研制。现已发现，BNCP有更大的轰输出，同时，以更弱的限制条件，更短的距离完成DDT。BNCP不需要特别的雷管材料。本文将简略地介绍BNCP的合成以及它的扩大规模试验，材料性能，炸药性能以及应用前景。

BNCP在雷管中的应用技术研究

为推进新型安全钝感起爆药BNCP的军事应用,开展了BNCP在雷管中的应用基础技术研究和性能特征分析。给出了BNCP的结构表征、热性能、安定性、相容性、各种感度性能的典型数据和特点,研究了BNCP的装药工艺性能,测试与分析了BNCP的爆热、比容、爆速、爆发点和"准起爆药"的安全特征,通过试验研究了BNCP的极限起爆药量、装药耐压性、桥丝起爆感度及在军用火焰雷管、桥丝雷管中的应用。结果表明:BNCP可以代替叠氮化铅、斯蒂芬酸铅应用于大多数火焰、桥丝等军用火工品中。

BNCP的量子化学研究

采用量子化学密度泛函理论方法,计算了起爆药BNCP的分子结构参数,分析了BNCP的结构特点、光谱与感度性能。研究表明:BNCP中NH_3和ClO_4上的N和O形成了强亲核中心,而NO_2上的N以及Cl、Co原子形成了强亲电子中心。BNCP外层电子由ClO_4上的O_(35～38)原子向四唑环的取代NO_2上的N_(16～17)原子转移,这一能量跃迁值为486.98nm。计算了BNCP分子的红外理论图谱,其结果与实验值相吻合。

BNCP驱动飞片实验测试及数值模拟

为了研究BNCP驱动飞片的能力,采用光纤位移干涉仪(DISAR)对其速度进行了测试,获得了速度成长曲线。测试结果显示:当BNCP在1.645g/cm3和1.623 g/cm3密度下驱动0.1mm厚的钛飞片时,飞片速度分别可达3 400m/s和3 300m/s左右。同时,通过VLW状态方程程序计算了BNCP的等熵膨胀数据,拟合出其JWL状态方程参数。将JWL状态方程参数运用于软件LS-DYNA中,对BNCP驱动飞片进行数值模拟。结果显示数值模拟与实验曲线基本一致。