FOX-7/HMX混合体系热性能研究

为研究FOX-7及其与HMX混合体系的热性能,采用差示扫描量热仪(DSC)、热常数分析仪等手段,对HMX与FOX-7等质量比共混物、以及具有不同HMX与FOX-7比例的炸药配方的热分解行为、导热性质等开展了研究。结果表明:在FOX-7/HMX混合体系中,HMX与FOX-7的分解放热以及晶型转变吸热过程可相互影响:HMX在247.3℃处已有部分分解,282.5℃出现的放热峰对应于HMX的分解放热峰和FOX-7的第2步分解峰的叠加;而FOX-7的β到γ晶型转变以及HMX的β到δ晶型转变吸热峰相较于单质颗粒,分别延迟了8.5℃、9.5℃。配方中HMX与FOX-7的相对含量决定了两者的分解峰温,这可能与两者热效应的相互影响及粘结剂对炸药颗粒包覆完整度有关:随着配方中HMX含量由25%增加至60%,其熔融吸热峰由276.6℃提前至252.5℃;随着配方中FOX-7含量由25%增加至60%,其第1步分解峰和HMX的熔融分解过程相互影响,导致只出现一个分解放热峰,FOX-7第1步分解反应放热将导致其更早发生熔融分解。FOX-7颗粒的热导率、热扩散系数、比热容都高于HMX。在总含量不变的情况下,随着FOX-7含量的提高、HMX含量的降低,混合炸药配方的热导率、热扩散系数、比热容都随之提高。

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

为了分析硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro⁃CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵(AP)颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今(HMX)也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。

统一动力学三维分区模型预测含能材料的晶体生长

为了研究黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)和六硝基茋(HNS)晶体的形貌特征,采用了统一动力学三维分区方法对这3种含能材料晶体的实时生长形貌进行了模拟,研究了结晶生长条件对晶体外形和晶面拓扑结构的影响。研究结果表明,RDX预测的晶形呈现类菱形,主要晶面包括(010)、(100)和(110)面;HMX晶体呈柱状,主要晶面包括(011)、(010)和(11−1)面;而HNS晶体呈薄片状,其中(100)面的显露面积最大,所预测的含能材料晶体外形与实验结果吻合。当RDX、HMX和HNS晶体呈现二维成核和外延生长模式时,较高的驱动力(Δμ=418.59 kJ·mol^(−1))导致晶体的分子层不断堆叠,呈现分层生长;而温度较低时,生长单元首先附着在晶面平台区域,逐渐形成“岛状”集聚,随后进行外延生长;当晶面足够大时,可能出现多个大小不同的“岛状”结构,并随时间增长逐渐合并。在较低驱动力下(Δμ=27.21 kJ·mol^(−1)),HNS晶体呈现螺旋位错生长,其中(100)晶面通过一个螺旋轴引发片层生长,形成“梯田”型晶面。通过附着能力分析发现,螺旋的扭结位和台阶面具有较强的吸附能力,而平台上的位点吸附能力较弱。

铁负载碳纳米管的制备及对固体推进剂中高能组分的催化

为发展固体推进剂用高性能燃速催化剂,采用前体笼装高温热解方法合成了一种铁负载碳纳米管材料(Fe@CNTs),并通过扫描电镜‐能谱仪联用(SEM‐EDS)、透射电镜(TEM)、X‐射线衍射(XRD)、X‐射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气等温吸附(BET)、差示扫描量热法(DSC)和热重‐质谱联用技术(TG‐MS)等测试方法详细探究了Fe@CNTs的元素组成、微观形貌、物相结构、比表面积和催化分解性能。结果表明,Fe@CNTs是一种具有高比表面积的铁负载碳纳米管材料,当添加量为6%时,奥克托今(HMX)、1,1'‐二羟基‐5,5'‐联四唑二羟铵盐(TKX‐50)、1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7)、黑索今(RDX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)这5种高能组分的热分解放热峰温分别提前了1.8,40.4,4.9,6℃和8.8℃。基于Kissinger‐Ozawa模型的热分解动力学计算显示,6%Fe@CNTs/HMX和6%Fe@CNTs/TKX‐50的表观活化能各自降低了96.9~97.1 kJ·mol^(-1)和11.2~11.9 kJ·mol^(-1);热力学和热安全性参数的理论计算表明,添加Fe@CNTs后,HMX和TKX‐50仍处于热力学稳定状态;基于TG‐MS结果进一步提出了Fe@CNTs对HMX和TKX‐50两类高能物质可能的催化机理。

HMX热分解动力学与热安全性研究

利用差示扫描量热法(DSC),获得了单质炸药奥克托今(HMX)热分解的特征参数,利用热重法(TG)得到HMX热分解的起始分解温度、各阶段的失重量、最大失重速率及对应的温度、最终残渣量、反应深度、反应速率等参数。将DSC、TG数据与Malek法相结合对HMX的热安全性进行了研究。结果表明,HMX在加热过程中先出现晶型转变吸热峰和一个熔融吸热峰,继续加热,出现一个剧烈的分解放热峰,且分解完全。HMX的最可几机理函数,热爆炸临界温度和自加速分解温度分别为f(α)=(1-α)2,Tb=279.9℃和TSADT=273.3℃。

降感HMX性能表征(英文)

采用多种表征手段研究了一种降感奥克托今（D—HMX）的晶体特性、热性能及感度性能。采用折光匹配光学显微镜（OPM）、扫描电镜（SEM）、激光粒度仪、高效液相色谱、密度梯度法和X射线衍射（XRD）表征了D—HMX的颗粒形态、粒度、纯度、颗粒密度及晶型结构；采用差热扫描（DSC）、真空安定性实验（VST）研究了其热性能，通过机械撞击感度实验、摩擦感度实验和隔板实验研究其感度性能。结果表明，D—HMX是一类具有较高晶体品质的B—HMX单质炸药。与普通HMX（C—HMX）相比，D—HMX具有较好的颗粒形态和较少的晶体缺陷，热性能和感度性能明显改善。D—HMX的颗粒形状接近球形，为规则的几何多面体，无孪晶聚晶现象，晶面光洁，颗粒均匀，粒度分布窄，颗粒透明，内部无明显杂质和包藏物，纯度为（99．6±0．1）％，颗粒平均密度大于1．9016g·cm-1，接近晶体最大理论密度1．903g·cm-3且密度分散性小。DSC实验结果表明，D—HMX的β→δ晶相转变温度比C—HMX提高6℃，VST放气量明显小于C—HMX。隔板实验结果表明，基于D—HMX的浇铸和压装PBXs的铝隔板厚度比C—HMX降低10％-23％。另外，D．HMX的机械撞击感度也比C—HMX下降，特别是D—HMX细颗粒（FD—HMx），其特性落高为72．2cm，爆炸概率24％，比C—HMX细颗粒（FC-HMX）的16．8cm和88％表现出更强的抗撞击性。

改性双基推进剂中HMX含量的高效液相色谱测定

建立了一种准确测定硝化棉(NC)与奥克托今(HMX)共存分离的高效液相色谱(HPLC)分析方法,样品制备采取乙腈溶解水析出法;HPLC外标法测定HMX的含量,结果表明在HMX含量为21%时相对偏差为0.82,加标回收率为99.62%。

超临界二氧化碳GAS重结晶制备HMX微细颗粒的研究

比较了ＣＯ２对丙酮、环己酮、二甲基亚砜体积膨胀的影响和ＨＭＸ（奥克托金）在上述三种溶剂中ＧＡＳ重结晶时的析晶率。以丙酮为溶剂用ＣＯ２ＧＡＳ重结晶，在一定的条件下可获得２～１３μｍ。β－型ＨＭＸ微细颗粒。考察了压力、温度、溶液初始浓度及溶液膨胀速率对ＧＡＳ重结晶过程、晶粒大小和晶型的影响以及晶体的增长。结果表明，在８．０～１２．０ＭＰａ、较低的温度和较低的溶液初始浓度条件下，可获得微细的β－型ＨＭＸ颗粒。

相变与微裂纹对HMX晶体高温下撞击感度的影响机制

为了研究高温下炸药撞击安全性中存在的多因素耦合问题,设计了高温炸药撞击感度试验装置,并建立了高温炸药撞击感度试验方法。结合扫描电镜和X射线衍射技术,采用所建立的试验方法,研究了奥克托今(HMX)晶体颗粒高温撞击过程下的响应。结果表明,随着温度升高,HMX晶体颗粒的落锤撞击感度逐渐升高。同时,HMX晶体品质随着温度升高逐渐变差,140℃时有少部分晶体碎裂,180℃时较多的晶体碎裂,当达到200℃时,HMX晶体全部碎裂;HMX的β→δ相变发生在184～186℃。降至常温后δ相晶体逐渐恢复为β相,撞击过程有助于β相的恢复。影响热加载前后HMX晶体颗粒撞击感度的主导因素包括温升、微裂纹和相变,不同影响因素起作用的温度段是不同的。

HMX在γ-丁内酯中结晶介稳特性研究

采用激光检测观察法测量了奥克托今(HMX)在γ-丁内酯中的溶解度。运用最小二乘法根据Apelblat经验方程建立溶解度与温度的关系式。研究了饱和温度、搅拌速率及降温速率对介稳区宽度的影响。根据经典成核理论,计算了受搅拌速率、降温速率影响的成核级数。结果表明,在HMX的结晶过程中,介稳区宽度随饱和温度和降温速率的升高而明显变宽,随搅拌速率的增加逐渐变窄。受降温速率和搅拌速率影响的成核级数均与饱和温度有关。成核级数随饱和温度的升高逐渐变小。HMX在γ-丁内酯中适宜的冷却结晶条件为饱和温度40℃,降温速率0.1~0.2℃·min^(-1),搅拌速率400 r·min^(-1)。

HMX基含铝炸药装药慢烤缓释结构设计及验证

为了探索可满足战斗部装药慢烤泄压缓释要求的密封结构设计方法,设计了可调整连接强度及预制泄压孔面积的小型烤燃弹,通过实验获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药不发生比燃烧更剧烈反应的条件,包括烤燃弹壳体强度阈值、泄压通道面积阈值等参数。据此提出了既能满足端盖具有较高连接强度又能可靠泄压的两级密封缓释结构设计方法,并在具有公斤级装药的烤燃弹中进行了试验验证。结果表明,烤燃弹采用两级密封设计时,若泄压通道与装药截面的面积比不小于30%,且慢烤过程中,气体产物的压力未达到96.5MPa时便可打通泄压通道,避免了装药反应的进一步增长,使其仅发生燃烧,并保持壳体结构的完整性。

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。

AP与HMX作用的“连锁互动”机制

研究了NEPE推进剂中AP与HMX的相互作用。基于凝相机理与热解实验 ,从分子层面和化学反应的角度 ,结合价键、形式电荷、链反应等理论和固体单元推进剂的燃烧状况 ,提出了AP与HMX间的“连锁互动”机制。有NH3与NO2 等活性物种参与的“放热连锁、物种互动”过程 。

多点起爆网络装药及性能

为了研究多点起爆网络装药对爆轰波输出同步性及起爆能力的影响,以超细奥克托今(HMX)为主体炸药,硝化棉(NC)为粘结剂,(HMX/NC=95∶5)为沟槽传爆药装药,设计了一种3点同步刚性起爆网络,理论分析和测定了起爆网络在不同装药密度下的同步误差,对比试验了沟槽压装装药技术,对传爆药进行了表征,测试了起爆网络相关的爆轰性能,优化了起爆网络装药结构。结果表明,提高起爆网络装药密度能够增加起爆可靠性和降低同步误差,装药密度从1.17 g·cm^(-3)增加到1.47 g·cm^(-3),起爆网络的同步误差从300 ns降低到150 ns。以JH-2压装药柱作为输出端装药,超细HMX/NC传爆药作为沟槽装药,采用沟槽压装装药技术,可以使同步起爆网络的爆轰波输出同步性约为100 ns。

奥克托今(HMX)基塑料粘结炸药(PBX)驱动不同金属圆筒试验及数值模拟

为研究某奥克托今(HMX)基塑料粘结炸药(PBX)炸药对不同材料金属壳体的驱动加速能力,参照25 mm标准圆筒试验,研究了该炸药对无氧铜(Cu)、钛合金(TC4)和高强度钢(G50)三种壳体材料的做功能力,获得了圆筒壁的膨胀过程及最大膨胀速度;并与理论计算值和数值模拟结果进行了对比。研究表明:该炸药爆轰驱动不同壳体材料的膨胀破裂时间和破裂半径存在差异;且对低密度钛合金壳体材料的驱动能力最强。圆筒试验件破片初速理论计算值、数值模拟结果与试验值吻合较好,相对误差均在10%以内;相比标准圆筒试验只考虑炸药对单一金属铜管的驱动加速能力,研究结果可为该炸药与武器弹药壳体材料的匹配设计提供参考。

HMX/TiO_2复合颗粒制备及其浸润性可逆转变

为了实现奥克托今(HMX)表面浸润性的可逆调控,改善其与液体粘结剂的相容性,采用静电沉积法在HMX表面包覆TiO_2纳米颗粒,然后通过表面修饰超疏水有机物(十六烷基三甲氧基硅烷),得到浸润性可逆转变的HMX/TiO_2复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对复合颗粒进行表面形貌、晶型结构、表面元素组成分析,结果表明:在HMX表面形成具有粗糙结构的TiO_2包覆层;复合颗粒XRD谱图中的特征峰分别归属于-HMX和锐钛矿TiO_2,XPS谱图中具有较强的Ti2p信号,证明TiO_2对HMX良好的包覆效果。对包覆前后的复合颗粒进行热失重-差示扫描量热分析(TG-DSC),发现包覆后HMX的相转变温度提高了8.4℃,TiO_2包覆层可以提高HMX的热稳定性。采用十六烷基三甲氧基硅烷对HMX/TiO_2复合颗粒经进行表面修饰后,与水的接触角为160.4°,达到超疏水状态;经紫外光照射45min后水接触角变为0°,转变为超亲水状态;再经80℃加热暗处理17d后又回复到147.9°,实现了表面浸润性的可逆转变。

通过红外光谱结合化学计量学方法研究奥克托今的合成机理

通过红外(IR)光谱在线监测醋酐法合成奥克托今(HMX)的反应过程,采用渐进因子分析(EFA)结合多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)以及直观推导式演进特征投影法(HELP)等化学计量学方法对反应过程的光谱数据矩阵进行解析,获得了各组分浓度变化曲线和对应的IR光谱;并采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上得到该化合物的全优化结构,在振动分析的基础上求得体系的振动频率和IR光谱.通过对比发现,MCR-ALS和HELP法可得出相互验证的一致结论;将通过量子化学计算的中间体的IR光谱特征吸收峰与2种方法进行比较,结果吻合,从而推导出合理的反应机理.实验结果表明,化学计量学方法结合在线红外光谱是研究反应机理的有效手段,对反应路线的选择具有指导意义.

原子层沉积氧化物包覆层对奥克托金感度的影响

通过原子层沉积(ALD)技术在微米级奥克托今(HMX)炸药颗粒表面包覆了氧化铝和氧化锌薄膜.采用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对包覆后HMX颗粒的表面化学组成和形貌进行了表征,利用差示扫描量热法和热重法分析了包覆后HMX的热分解行为.测试了ALD氧化物包覆的HMX的机械感度和静电火花感度,研究了HMX颗粒表面包覆层的组成和厚度对其感度的影响.结果表明,ALD氧化铝或氧化锌薄膜均能够完整、均匀地覆盖HMX颗粒的全部外表面,薄膜厚度在纳米尺度范围内精确可调.ALD氧化铝或氧化锌薄膜对HMX的热分解性能影响很小.由于金属氧化物具有很高的硬度,ALD氧化铝或氧化锌包覆膜不能降低HMX的机械感度.但氧化物薄膜具有一定的导电性,可降低HMX的静电火花感度.

硝胺固体推进剂燃烧性能计算的神经网络方法

传统的燃烧模型致力于对固体推进剂燃烧的物理化学过程的数学描述，其发展往往受到对推进剂燃烧机理认识程度的限制，本文利用误差反传（ＢＰ）神经网络建模的方法建立了硝胺固体推进剂燃烧性能及其影响因素（硝胺含量、压强、硝胺重均粒径）的定量关系，而不考虑燃烧的具体过程，根据此定量关系对硝胺固体推进剂燃烧性能的计算表明，计算结果和实验值吻合得较好，这为推进剂配方的计算机辅助设计提供了一种新方法。

多孔网状HMX的制备与表征

将奥克托今(HMX)溶于二甲基亚砜(DMSO)中,获得HMX/DMSO络合物晶体,再将其分别加入蒸馏水和含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的溶液中,制备了A类多孔网状HMX(PHMX-A)和B类多孔网状HMX(PHMX-B)。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、压汞分析仪及TG-DSC热分析仪对多孔网状HMX进行了表征。结果表明:多孔网状HMX由众多的孔和均匀连续的骨架构成,具有高的比表面积和孔隙率。PHMX-A全部为型晶体,其比表面积为5.3m2·g-1,平均孔径为501nm,孔隙率为56.1%;而PHMX-B有80%为型晶体,含少量的γ型晶体,其比表面积为19.0m2·g-1,平均孔径为75nm,孔隙率为37.2%。与HMX原料相比,PHMX-A和PHMX-B的相转变温度分别提前了2.8℃和17.5℃,其热分解温度分别提前了0.3℃和1.3℃,而其热失重开始温度分别提前了4℃和14℃。