烟火药剂的发展与展望

为系统梳理烟火药剂的发展,推动新型烟火弹药研发,对烟火药剂的研究进展进行了综述。归纳了高消光系数材料、发烟剂配方及性能调控、多频谱发烟剂以及高活性金属粉体、燃烧剂配方及性能调控、多效应燃烧剂等方面的研究现状,展望了该研究领域未来的发展趋势。为适应未来战争需求,一剂化和环境友好型的多频谱复合发烟剂、单向可视烟幕、高能和多功能燃烧剂将是烟火药剂的主要发展趋势。

具有脉动燃烧效应的烟火药水中燃烧声频特性

为研究一种新型的水声无源干扰材料，采用水声测试系统，对具有脉动燃烧效应的烟火药的水中燃烧进行了试验研究，测试了所形成的声频特性，并探讨了其形成的原因。结果表明，15 g具有脉动燃烧效应的烟火药水中燃烧时能形成声压最高为340 Pa，对应的声压级为51dB，燃烧持续时间为18.5 s，频率主要为0-2000 Hz之间的低声频。

不同键合剂与RDX表界面作用

研究了多羟基醇类(LBA-22、LBA-201)、海因/三嗪类(CBA)、中性聚合物类(NPBA)和取代酰胺类(LTAIC)键合剂与RDX的表界面作用,并在RDX-CMDB推进剂中考察了这些键合剂的作用效果。采用接触角法和Wilhelmy吊板法测定键合剂与RDX的表界面特性参数,利用调和平均方程计算粘附功。结果表明CBA与RDX间的接触角为35.2°,粘附功为135.01mN/m。红外光谱中RDX(—NO2)基团的吸收峰红移22cm-1至1510cm-1,且吸收带展宽。RDX经键合剂表面改性后,推进剂高温最大抗张强度从空白样的1.02MPa提高到2.01MPa,低温延伸率提高140%。各键合剂与RDX间的表界面性能数据与推进剂力学性能改善情况基本一致。

火工品可靠性评估试验信息熵等值方法

为解决评估高价值、高可靠性要求火工品试验周期长、费用高的问题,提出一种基于试验信息熵等值原理的火工品可靠性评估方法,解决了GJB376所需的样本量过大和GJB377评估结果缺乏验证的问题。应用该方法能以300发以下的样本量实现对0.999可靠度要求的火工品的可靠性评估,实际产品的验证试验表明其评估结果与大样本方法相符,证明应用本方法是可行的。

可膨胀石墨用作抗红外/毫米波双模发烟剂的研究

为了获取一种性能较佳的毫米波发烟剂材料,就JF-150可膨胀石墨对3mm和8mm波的衰减性能进行了实验研究,在此基础上,以JF-150可膨胀石墨作为重要组分设计了一种抗红外/毫米波发烟剂配方,采用红外热像仪及毫米波辐射计测试了该发烟剂形成的烟幕对3mm和8mm波的衰减特性。结果表明,可膨胀石墨对3mm和8mm波单程最大衰减分别为17.0dB、16.6dB,优于铝箔条衰减效果;60g可膨胀石墨发烟剂对3mm和8mm波单程最大衰减值均大于10dB,干扰时间约为20s。可膨胀石墨是一种用于制造抗红外/毫米波双模发烟剂的良好材料。

RDX粒度对改性双基推进剂性能影响

实验研究了工业级RDX粒度对复合改性双基推进剂(CMDB)力学、燃烧及感度性能的影响。结果表明:黑索今平均粒径从92.02μm减小到17.35μm时,相应地固体推进剂高温最大抗张强度提高54%,低温延伸率提高85%;推进剂的燃速在不同压力下均有增加,最大增加11.5%;撞击感度特性落高增加5.1cm,摩擦感度爆炸百分率下降75%。

介电式Al/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了＂介电式复合薄膜点火桥＂的概念,并以Al膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm×2000μm×2.6μm,电阻值约4Ω。用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产生了延迟放电效应。用原子发射光谱双谱线法测试了60 V和80 V激发时点火桥的电爆炸温度和持续时间。60 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在2500~3500 K,持续时间约0.35 ms;80 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在3500~4000 K,持续时间约0.55 ms。

黑火药的热分解过程与反应动力学参数研究

应用差示扫描量热计和热重分析仪,在5℃·min-1、10℃·min-1、20℃·min-1和40℃·min-1升温速率下分别测定了黑火药及其生产用原材料的热分解曲线。在实验结果对比分析的基础上,推导出黑火药体系的最可几反应机理,指出黑火药热分解过程中硝酸钾、天然木炭以及工业硫磺的相互作用,并运用Kissinger方程求解了黑火药发生热分解时的活化能与指前因子,分别为98.5kJ·mol-1,173.4kJ·mol-1和5.6s-1,11.1s-1。

镁粉粒度对Mg/PTFE贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究镁粉粒度对Mg/PTFE贫氧推进剂燃烧性能的影响,采用粒度为86.66,56.89,29.97,25.55μm的四种球形镁粉与聚四氟乙烯粉复合处理,DTA-TG分析热分解特性,用高速摄影仪测推进剂线性和质量燃烧速度,用红外测温仪测其火焰温度。实验结果表明:随着镁粉粒度的减小,复合物的热分解峰温度降低不明显,但推进剂的质量燃速和线燃烧速度显著提高,增幅最多达3倍,燃烧火焰温度也随之升高了170℃。

烟火切割热力学分析及药剂配方设计与实验

从传热学和力学两方面分析了烟火切割的理论基础,重点分析了影响烟火切割效果的主要因素的原因和解决方法。考虑价格和毒性因素,应用化学热力学理论计算了烟火药的绝热反应温度,筛选出了放热充足的铝热剂。实验观察了铝热剂的燃烧,确定了适于烟火切割的两种铝热剂为由氧化铜组成的铜铝热剂和由三氧化二铁组成的铁铝热剂。通过均匀配方设计实验确定了烟火药的较佳配方,研究出了一种用于高温熔化金属材料的烟火药剂。主要由铁铝热剂30%~50%、铜铝热剂30%~50%和高热剂10%~20%组成。该烟火药燃烧时产生高温、高速、熔融态的铜铁合金射流,能有效地对金属材料进行切割。

一种直列式传爆序列的装药传爆性能试验研究

为了研究直列式传爆序列的传爆性能,设计了一种以冲击片雷管起爆Ⅱ型六硝基茋(HNS-Ⅱ)传爆药盒和聚黑苯-1(JHB-1)扩爆药柱的直列式传爆序列试验装置。对试验用冲击片雷管的输出能力进行了试验分析,并对直列式传爆序列在低温、常温下的传爆性能进行了试验验证。结果表明:在此试验装置条件下,冲击片雷管在≤8 mm的传爆间隙条件下,能可靠起爆裸装钝感JHB-1扩爆药柱;在-40℃低温、常温状态以及拉大传爆间隙的状态下,冲击片雷管能可靠起爆HNS-Ⅱ传爆药盒;直列式传爆序列冲击片雷管—HNS-Ⅱ传爆药盒—JHB-1扩爆药柱能够可靠传爆。

冲击片雷管爆炸箔的制备与电爆性能

为了提高爆炸箔起爆系统的能量利用率,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术和皮秒激光微加工系统,制备了Cu、C u/Au、C u/Al/Ni三种爆炸箔,并利用自制起爆回路对其电爆性能进行了研究,结果表明,在充电电压为2000,2500 V时,C u爆炸箔在电爆过程中能量利用率较高;在此电压下对三种爆炸箔的性能进行了对比测试,得到在相同的充电电压下Cu/Al/Ni、Cu/Au、C u爆炸箔的爆发电流C u/Al/Ni>C u/Au>C u,且充电电压为2500 V时C u/Al/Ni爆发电流比C u增长了36%,2000 V下比C u增长了15%;在充电电压2500 V时利用高速摄影法对三种爆炸箔电爆时产生的等离子体羽进行了观测,结果表明,等离子体羽的尺寸Cu/Al/Ni>Cu/Au>Cu。

铝-氧化铜可反应性桥膜的制备及表征

采用磁控溅射技术在衬底基片上制备了Al-CuO复合桥膜。利用扫描电镜、X射线衍射对复合桥膜的微观形貌和晶相结构进行了表征。采用恒压电源对复合桥膜进行了通电点火实验,通过对比Al桥膜和Al-CuO复合桥膜的电流变化曲线、对桥膜点火后的晶相结构进行XRD分析、利用高速摄影仪观察复合桥膜的点火过程,从而对复合桥膜的化学反应性能进行了表征。结果表明,复合桥膜具有分层结构,Al膜和CuO膜皆由均匀、近似球状的纳米晶粒构成,Al-CuO复合桥膜在通电后发生了氧化还原反应。

一种小型炸药驱动飞片装置的试验与数值模拟研究

设计了一种速度可调的小型炸药驱动飞片装置,进行了不同密度的PETN炸药驱动飞片实验,利用VISAR激光速度干涉仪测量了飞片速度历程;采用VLW状态方程计算了PETN炸药不同密度的JWL状态方程,得到了JWL状态方程参数,进而通过显式动力学有限元程序Ansys/Ls-dyna模拟计算出飞片速度,其结果与试验结果基本吻合,验证了通过数值模拟计算飞片起爆速度的可行性;得到了飞片起爆速度与炸药密度的关系,飞片起爆速度可在2660～3150m.s-1之间调节,对应压力范围为54～86GPa。

AC/TiO_2复合颗粒的低温制备及对TNT废水的降解

以钛酸丁酯为原料,在80℃下通过溶胶-回流法在活性炭(AC)表面制备纳米TiO2,利用FE-SEM比较了制备过程中加入植酸、苯并三氮唑(BTA)或SnCl4对复合颗粒表面形貌的影响,结果表明粒径为20～30nm的TiO2颗粒附着在AC表面形成了AC/TiO2复合颗粒,加入植酸的复合颗粒表面呈海绵状,加入BTA后表面的TiO2变得更细小。三种样品表面Ti元素的XPS分析显示Ti 2p3/2和Ti 2p1/2两个峰间的能量差约为5.7eV,表明所制备的TiO2纯度较高;空载试验所获得TiO2样品的Raman光谱表明AC表面的TiO2为锐钛矿相;以TNT溶液为目标降解物,研究了三种复合颗粒的吸附性能和光催化性能,结果表明,添加植酸、苯并三氮唑(BTA)复合颗粒的吸附性能略高于活性炭原始样品;三种样品在紫外光照射下对TNT的降解效率均高于活性炭原始样品,TNT的降解率达到99.3%,分析认为AC和TiO2的复合协同效应有效提高了对TNT废水的降解能力。

薄膜桥火工品的制备与性能研究

为了提高火工品的安全性及点火可靠性，采用掩模法，利用磁控溅射技术制备了一种蝶形金属薄膜桥，在薄膜桥表面涂15～20 mg斯蒂芬酸铅（LTNR），进行了安全电流试验、抗静电试验及与桥丝的对比试验，研究了其安全性能和点火性能，并利用红外热成像技术验证其发火时桥区的热分布。结果表明，这种金属薄膜桥有良好的抗静电性能、点火性能和机械性能；薄膜桥通电时其中心最窄处热量较集中。

爆炸箔起爆器桥箔夹角优化设计

为了确定桥箔夹角对爆炸箔起爆器能量利用率的影响,设计并用离子刻蚀法制备了30°、45°、60°、75°和90°共5种不同夹角的桥箔,研究了其电爆炸性能。结果表明:在同一充电电压下,夹角为45°桥箔的爆发电流和峰值电流最大;爆发电流密度与飞片速度关系的分析及爆发功率和爆发时间与峰值电流时间差的比较显示,45°夹角的桥箔有能量利用率较高和发火能量较低的良好性能。

铝-氧化铜复合薄膜化学反应性能

用磁控溅射的方法制备了铝-氧化铜复合薄膜,采用差热分析(DSC)方法研究了其化学反应性能。研究结果表明:铝-氧化铜复合薄膜在一定的条件下,可以发生氧化还原反应,化学反应热为ΔH=-1197.5kJ.mol-1,与标准状态下的ΔH0=-1203.8kJ.mol-1十分接近。用Kissinger方法计算了第二步反应的活化能为565.146kJ.mol-1,说明在无外界刺激的情况下,薄膜材料可以稳定存在。理论推导出,反应可以达到的最高温度是2573℃(即铜的沸点),薄膜间的化学反应分两步进行。

宽频谱红外烟幕剂CuCl_2-NiCl_2-GIC的研究

采用定量混合法,以微粉石墨为主体材料制备出2、3阶CuCl2-NiCl2-GIC,应用XRD技术对其层间结构进行表征,结果证实所得产物以混阶形式存在,其中2、3阶CuCl2-NiCl2-GIC的周期插层面间距为1.474A和1.753A。用扫描电镜观察样品的表观形貌,并进行选区成份分析。通过考核CuCl2-NiCl2-GIC的粒度分布、沉降速度及质量消光系数,证实该物质对工作在红外波段的军用电子器材具有良好的干扰功效。

火工品可靠性计量-计数评估方法的有效性研究

采用Monte Carlo方法研究了GJB376规定的用计数数据估计火工品可靠度的方法和已建立的计量-计数评估方法在试验方面的等效性,根据评定准则采用这两种方法判定试验结果合格的接收率最大误差小于1%。对20种不同类型的火工品及两种人为设定为不合格产品,采用计量-计数法和步进法进行了对比试验研究,两种方法得到的可靠性评估结果一致。分析结果表明,计量-计数评估方法与GJB376规定的用计数数据估计火工品可靠度的方法等效,工程应用可行,对评估高可靠性的火工品,能大幅度降低样本量。