• 燃料空气炸药发展趋势分析

  王伯良

  优先出版日期:2024-11-01  DOI: 10.11943/CJEM2024214

  摘要(22) HTML(22) PDF(834.93 K)( 50)

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• PNIMMO的初始热老化行为的等温量气法研究

  龚雪玲, 关健, 刘红妮, 莫洪昌, 张庆元, 彭汝芳, 金波

  优先出版日期:2024-10-28  DOI: 10.11943/CJEM2024157

  摘要(15) HTML(46) PDF(1.24 M)( 65)

  摘要：为了研究聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷（PNIMMO）的初始等温热老化行为，采用等温量气装置，对PNIMMO在100~120 ℃等温条件下的老化动力学参数和热老化机理进行了探究，采用Berthelot方程外推了PNIMMO在不同温度下的贮存寿命。结果表明，由Arrhenius方程得到PNIMMO老化深度达到0.1%时E_a=156.42 kJ·mol^-1，lgA=16.86 s^-1，老化深度达到0.5%时E_a=156.05 kJ·mol^-1，lgA=16.03 s^-1；由模式配合法得出，在100~120 ℃时，PNIMMO热老化均符合28号机理函数，即反应级数n=1/4，E_a=154.33 kJ·mol^-1；以老化深度0.1%作为评判标准，PNIMMO在室温下可贮存51.6年；PNIMMO在热分解初期主要为侧链-O-NO₂键断裂加氢，随后主链缓慢分解，生成稳定的多聚芳香类化合物。

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• 叠层复合装药爆炸过程中铝粉分布及后燃释能特性

  沈飞, 王媛婧, 王奕鑫, 王煊军

  优先出版日期:2024-10-25  DOI: 10.11943/CJEM2024221

  摘要(10) HTML(92) PDF(2.24 M)( 62)

  摘要：为探究叠层复合装药结构对铝粉后燃烧释能过程的影响规律，采用爆速差约1.8 km·s^-1的高爆速炸药及温压炸药制备成层厚相同的叠层复合装药，通过自由空间爆炸实验及密闭空间内爆炸实验分别研究了火球演变过程、不同气体环境下各反应阶段产生的机械能，并结合数值仿真分析了爆炸过程中的铝粉分布特性。结果表明：该叠层复合装药中温压炸药受到高爆速炸药的轴向挤压，加快了爆轰产物及铝粉的径向扩散速率，将铝粉云团的平均浓度降低约至温压型均匀装药的60%~80%，尾部区域仅约为50%，致使铝粉的无氧燃烧速率及输出的机械能降低；温压炸药在爆轰和无氧燃烧阶段产生的机械能之和约为温压型均匀装药的81%，但有氧燃烧阶段产生的机械能显著增加，使其产生的机械能总量未显著改变，叠层复合装药结构通过调整铝粉的空间分布，可在不损失装药总能量的前提下，有效调节温压炸药在不同阶段的后燃反应及释能过程。

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• 云雾区形貌对云雾爆轰超压毁伤威力的影响

  王溪濛, 薛琨

  优先出版日期:2024-10-25  DOI: 10.11943/CJEM2024202

  摘要(8) HTML(72) PDF(2.51 M)( 59)

  摘要：云爆装置通常形成近似圆柱体形貌的燃料空气混合云雾区，而与装药结构密切相关的云雾区形貌强烈影响其爆轰超压场的时空演化规律，进而对爆轰超压毁伤威力产生显著影响。为了探究云雾区的形貌效应，采用圆柱体云雾区理想爆轰数值计算方法，分析了其爆轰过程中复杂的波的动力学过程，研究了爆轰超压场的分布及演化，建立了中心切面径向远场超压峰值随比例距离的衰减相似律，得到了爆轰超压毁伤半径与云雾区形貌参数（半径/高度）的依赖关系。结果表明，受云雾区内部复杂爆轰过程影响，其径向远场超压场存在明显双峰现象；双峰追赶导致爆轰超压峰值随比例距离变化曲线存在小幅特征突变现象，且形貌参数越大，该突变位置距起爆点越近；当形貌参数在2~4.5范围内时，其爆轰远场超压峰值随比例距离的衰减规律满足同一多项式相似律，基于该相似律预测得到的超压毁伤半径最大误差不超过8%；而当形貌参数在0.5~2范围内时，其超压毁伤半径随形貌参数的增大而减小。

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• 密闭容器内氢气-甲烷-空气的爆炸特性

  梅亮, 郭进, 黄时凯, 王金贵

  优先出版日期:2024-10-25  DOI: 10.11943/CJEM2024186

  摘要(6) HTML(58) PDF(3.42 M)( 54)

  摘要：为了氢气-甲烷混合燃料的安全使用，利用内径和长度皆为300mm的圆柱形密闭容器进行爆炸实验，研究了掺氢比（X_H2=0~100%）和当量比（Φ=0.6~1.4）对火焰演化和爆炸压力特性的影响，并采用CHEMKIN软件分析了氢气-甲烷-空气预混气体的层流燃烧速度及其敏感性。结果表明，在当量比（Φ）不变的情况下，随着掺氢比（X_H2）的增加，最大爆炸压力（p_max）、最大压力上升速率（（dp/dt）_max）、爆炸指数（K_G）以及层流燃烧速度增大，到达最大压力和最大压力上升速率的时间（t_A和t_B）逐渐缩短。点火后，火焰表面由最初的较为光滑，逐步形成蜂窝状的火焰晶格结构。在相同当量比（Φ）下，随着掺氢比（X_H2）的增加，从点火到爆炸结束的时间大幅缩短，且在同一时刻，火焰半径增大，火焰表面皱褶增多。反应敏感性计算结果表明，基元反应H+O₂?O+OH（R38）和H+CH₃（+M）?CH₄（+M）（R52）对层流燃烧速度的影响最大；关键自由基（H·、O·、OH·）的最大摩尔分数与层流燃烧速度存在正相关的关系，且掺氢比（X_H2）的增加，使得关键自由基的最大摩尔分数显著增大；基元反应R38和OH+H₂?H+H₂O（R84）是影响关键自由基生成速率（ROP）的最主要反应。

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• 典型含氮化合物在氮气中的等离子体特性

  刘海庆, 向书杰, 方普懿行, 李春天, 沈瑞琪, 张伟

  优先出版日期:2024-10-15  DOI: 10.11943/CJEM2024101

  摘要(23) HTML(80) PDF(3.47 M)( 131)

  摘要：作为供氮体的含氮化合物会直接影响激光作用下形成的高氮化合物的种类。为了深入认识不同含氮化合物供氮体对形成高氮化合物的影响，本研究利用脉冲Nd：YAG激光对氮气氛围中的NaN₃、Si₃N₄和P₃N₅三种典型含氮化合物进行溅射，使用光谱仪记录并分析了瞬态中间产物的等离子体特性及其演化过程。研究结果表明，激光烧蚀NaN₃产生的氮原子（N Ⅰ）、一价氮离子（N Ⅱ）和三价氮离子（N Ⅳ）数量最多，氮等离子体存在时间也最长，N Ⅰ、N Ⅱ和N Ⅲ的存在时间分别达到39400，39400 ns和19450 ns。在三种目标供氮体中，激光溅射氮气中NaN₃最有可能形成高含氮或全氮原子簇。关键词：光谱；脉冲激光；含氮化合物；氮等离子体

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• 微波辅助Al@PVDF-OH复合燃料的制备及其燃烧性能

  朱开天, 朱权, 何伟, 郭彦丽

  优先出版日期:2024-09-26  DOI: 10.11943/CJEM2024113

  摘要(41) HTML(162) PDF(2.24 M)( 418)

  摘要：聚偏氟乙烯（PVDF）等氟聚物可有效抑制铝粉的团聚并提高铝粉的反应活性。但氟聚物与被氧化铝覆盖的Al颗粒表面之间亲和性较差，氟聚物直接包覆在Al表面对团聚的抑制效果并不理想。为增强氟聚物与铝粉间的相互作用，改善铝粉燃烧性能，研究采用微波辅助反应的方法得到了羟基化改性的PVDF-OH，利用溶剂/非溶剂法将PVDF-OH包覆在铝粉表面得到了Al@PVDF-OH复合燃料，并进一步制备了复合固体推进剂。采用红外光谱、X射线衍射仪对PVDF-OH的分子结构与元素组成进行了研究；采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、高速摄像机和氧弹量热仪等设备对Al@PVDF-OH复合燃料的微观结构组成及其燃烧性能进行了研究。结果表明，微波辅助制备得到的PVDF-OH有着较高的羟基含量，微波功率240 W下处理1 min时制备得到的PVDF-OH最佳。Al@PVDF-OH复合燃料的燃烧性能优于包覆PVDF的Al@PVDF复合燃料与加热改性处理PVDF-OH（H）的Al@PVDF-OH（H）复合燃料，在PVDF-OH含量为15%时最佳。与纯Al相比，PVDF-OH含量为15%的Al@PVDF-OH复合燃料的燃烧热值由19140 kJ·kg^-1增加到24912 kJ·kg^-1；与AP混合后的燃烧测试结果表明，Al@PVDF-OH复合燃料燃烧性能相较于Al有明显改善，点火延迟时间由77 ms缩短至70 ms，燃速由195.7 mm·s^-1提高到225.7 mm·s^-1。基于Al@PVDF-OH复合燃料的固体推进剂与铝基固体推进剂相比，其燃烧热值由13281 kJ·kg^-1增加到14020 kJ·kg^-1；燃速由1.281 mm·s^-1提高到1.915 mm·s^-1，凝聚相燃烧产物粒径D90由74.324 μm降至52.749 μm。

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• 含硝化甘油挥发物在固体表面的凝结行为的分子动力学模拟

  黄超然, 潘葆, 李果, 王玉, 谢林生, 刘所恩, 赵俊波, 刘云章, 谭凯鑫

  优先出版日期:2024-09-26  DOI: 10.11943/CJEM2024178

  摘要(23) HTML(130) PDF(2.50 M)( 176)

  摘要：针对推进剂压延过程中产生的含硝化甘油（NG）挥发物在多种固体表面凝结积聚、存在安全隐患的问题，基于分子动力学模拟方法，通过构建含NG挥发物和固体表面的混合体系模型，开展含NG挥发物在固体表面的凝结行为研究，探讨了NG质量分数、固体表面材质、固体表面粗糙度对含NG挥发物在混合体系中的径向分布函数、均方位移和扩散系数、相对密度分布等分子动力学特征参数的影响。结果表明：随着NG质量分数的增加，挥发物在固体表面的凝结物团簇尺寸逐渐减小，然而挥发物凝结比例则呈现先增加后降低的趋势，当NG质量分数为70%时，扩散系数为0.0364，挥发物凝结比例最大；当采用不同材质固体表面时，含NG挥发物在二氧化硅（SiO₂）表面的凝结量明显大于材质为铜（Cu）、氧化钙（CaO）和铁（Fe）的表面，但SiO₂表面凝结物团簇的均匀性较差；表面粗糙度因素的引入对于SiO₂表面和Fe表面挥发物凝结量的影响相反，当SiO₂表面从光滑到粗糙度为0.4 nm时，扩散系数从2.1228增加到10.7156，挥发物在表面的凝结量上升；然而，当Fe表面从光滑到粗糙度为0.4 nm时，扩散系数从17.5673减小至1.8462，其表面挥发物的凝结量则有所下降。

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• 基于拉剪加载试验的NEPE推进剂强度准则

  刘帆, 强洪夫, 王稼祥, 王哲君, 王学仁

  优先出版日期:2024-09-19  DOI: 10.11943/CJEM2024193

  摘要(68) HTML(52) PDF(1.65 M)( 403)

  摘要：为研究应变率和拉剪角度对NEPE推进剂拉剪强度的影响，采用拉剪夹具和蝶形试验件开展了推进剂在5个拉剪角度（0°、30°、45°、60°、90°）和5个应变率下（0.0012、0.0048、0.024、0.12、1 s^-1）的拉剪试验，获得了推进剂在拉剪复合加载作用下拉剪强度随拉剪角度和应变率的变化规律；基于试验结果，利用改进的圆型方程对推进剂的拉剪强度极限进行了描述；并结合双剪统一强度理论，建立了不同应变率下推进剂拉剪强度准则，绘制了相应的推进剂统一强度理论极限面；最后利用建立的推进剂拉剪强度准则来预测了拉剪角度15°和75°下0.12 s^-1和1 s^-1应变率的拉剪强度，通过将预测结果与试验数据进行对比，来验证所建拉剪强度准则的有效性。研究表明，随着拉剪角度和应变率的增大，在拉剪复合加载作用下的NEPE推进剂拉剪强度逐渐增大；通过对材料参数值进行拟合求解，建立的改进后的圆型方程和统一强度准则能够较好描述不同加载角度和应变率下NEPE推进剂的拉剪强度，基于所建强度准则对拉剪角度15°和75°下应变率0.12 s^-1和1 s^-1的拉剪强度极限的预测值与试验值的误差小于实际处理的容许误差范围15%。

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• 5-硝基-3-（三硝基甲基）-1H-1，2，4-三唑富氮含能离子盐的合成与性能

  王显锋, 杨峰, 许元刚, 陆明

  优先出版日期:2024-09-18  DOI: 10.11943/CJEM2024224

  摘要(58) HTML(40) PDF(2.31 M)( 280)

  摘要：为了进一步平衡5-硝基-3-（三硝基甲基）-1H-1，2，4-三唑的能量和安全性，以2-（5-氨基-1H-1，2，4-三唑-3-基）乙酸为原料，采用银盐置换的方式合成了4种富氮含能离子盐。通过核磁共振、傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪、热失重分析仪和单晶衍射仪对所有新化合物的结构进行了表征。结果表明5-硝基-3-（三硝基甲基）-1H-1，2，4-三唑铵盐、肼盐和胍盐有着比前体更高的起始分解温度；且肼盐与胍盐和三氨基胍盐属于不同的晶系，三者有着不同的晶体堆积方式和密度，但在分子间弱相互作用力方面三者具有一致性，即分子间H…O相互作用的贡献最大，且随着N…O和O…O作用的比例减小，富氮含能离子盐对机械刺激的敏感度降低；最后，通过对分子静电势的分布情况的分析，补充说明了5-硝基-3-（三硝基甲基）-1H-1，2，4-三唑成盐之后撞击感度的变化。在四种离子化合物中，肼盐爆轰性能突出（D=8634 m·s^-1，p=30.2 GPa，I_sp=263.5 s），但感度较高。而三氨基胍盐有优异的综合性能，不仅在爆速方面与肼盐相当（D=8627 m·s^-1），生成焓较前体提升近1.4倍（ΔH_f =0.644 kJ·g^-1），且机械感度良好（IS=10.3 J，FS=150 N）。

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• 3D打印技术在固体推进剂装药制造中的应用与展望

  宋仕雄, 任全彬, 王嘉炜, 庞爱民, 唐敏

  优先出版日期:2024-09-14  DOI: 10.11943/CJEM2024129

  摘要(106) HTML(240) PDF(2.95 M)( 514)

  摘要：3D打印技术具有无模具、多材料、柔性化等特点，可以为单室多推力、多脉冲式等固体火箭发动机所需的特殊结构固体推进剂装药成型提供新的技术途径。当前，围绕固体推进剂的3D打印，国内外均开展了相关研究。本文重点介绍了粘合剂喷射、光聚合固化和材料挤出成形等典型3D打印工艺在复杂结构、梯度化结构、多材料一体化固体推进剂装药制造中的应用，总结了上述3种典型结构在3D打印装药制造中存在的关键问题。对未来的研究方向进行了展望，强调了针对未来异形异质固体推进剂装药制造需求，需重点关注低感度专用固体推进剂材料、大型药柱3D打印装备及绝热包覆打印技术等。

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• 含能材料的热学性能表征技术应用进展

  王佳, 郝平, 冀占慧, 高建兵, 莫南芳

  优先出版日期:2024-09-03  DOI: 10.11943/CJEM2024093

  摘要(178) HTML(370) PDF(4.47 M)( 827)

  摘要：含能材料是弹药毁伤的能量来源，直接影响弹药的打击范围与效能。随着现代武器系统对含能材料高能、高效、高安全性等战略需求的提高，含能材料的热学性能研究得到了越来越多的关注。含能材料的热学性能不仅直接影响含能材料的能量输出、控制和调节，更关系到安全运输、储存和使用。为了对含能材料的热学性能研究方法提供参考，研究系统综述了近年来应用于含能材料的热学性能表征技术以及理论预测模型，涉及热分解反应机理分析、燃烧性能测试、爆轰性能评估、安全性能预测方面，分析对比了各表征技术的特点及其适用范围，最后提出未来研究中实验表征技术还需向高度集成化、高时空分辨特性、小剂量无接触干扰、实时监测分析等方向发展；计算模拟研究则需根据含能材料实际生产情况进行标准数据库的共建共享，以期获得高精度、高效率性能预测模型。

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• 平面集成TVS二极管对半导体桥火工品换能元性能的影响因素

  陶禹任, 王磊, 周彬, 王军

  优先出版日期:2024-08-26  DOI: 10.11943/CJEM2024112

  摘要(94) HTML(154) PDF(1.69 M)( 812)

  摘要：为探究平面集成瞬态抑制二极管（TVS）对半导体桥火工品换能元性能的影响因素以及规律，通过电容放电发火实验，研究了平面集成TVS二极管的并联数量与击穿电压对半导体桥火工品换能元的电爆性能，并通过500 pF/500 Ω/25 kV静电放电实验，研究了其对半导体桥火工品换能元的静电可靠性能的影响。结果表明，当激励能量使单个平面集成TVS二极管单位时间吸收的能量接近上限时，增加平面集成TVS二极管并联数量会延长SCB火工品换能元的爆发时间，影响半导体桥（SCB）火工品换能元正常爆发，反之，若激励能量不足以使单个平面集成TVS二极管单位时间吸收的能量接近其上限，则SCB火工品换能元爆发性能不会随并联平面集成TVS二极管的数量变化而变化；当激励电压大于平面集成TVS二极管的击穿电压时，TVS二极管击穿电压越低，SCB火工品换能元的爆发时间越长，爆发能量越大，甚至影响SCB火工品换能元正常爆发；降低平面集成TVS二极管的击穿电压、增加并联数量都能够提高SCB火工品换能元的静电可靠性能；设计桥区尺寸为350 μm（W）×100 μm（L）×2 μm（H）的抗静电集成半导体桥芯片时可以集成两个击穿电压略低于14 V或一个击穿电压略高于7V的TVS二极管。

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• 枪械击发点火系统的点火可靠性仿真分析

  张树霞, 李一蕊, 魏志芳, 王志军, 张克斌, 朱亚辉

  优先出版日期:2024-08-22  DOI: 10.11943/CJEM2024147

  摘要(114) HTML(130) PDF(2.33 M)( 843)

  摘要：为了提高枪械击发点火系统的点火可靠性，研究采用拉格朗日-欧拉流固耦合方法（ALE）建立了击发点火系统的点火模型，并搭建了参数化仿真平台，以压力启动时间为点火输出性能表征参数，建立了枪械击发点火系统的点火可靠性代理模型，模拟研究了击发点火系统结构和装配参数变化影响下的可靠性。同时基于小口径步枪击发点火系统，设计了点火系统模拟试验装置，开展了点火系统点火性能和可靠性试验研究，对点火模型进行验证。结果表明：枪械击发点火可靠性分析模型计算结果与试验结果误差为0.72%，模型具有较好的准确性；各因素均值变化对系统可靠性的影响规律为：击针突出量＞闭锁间隙＞火台头部直径＞底火壳厚度＞底火装入深度＞击针头部直径；标准差变化对系统可靠性影响较小。这些研究结果可为枪械击发点火系统的可靠性设计提供参考。

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• 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

  杜熙凤, 要雅靖, 张鑫慧, 张誉心, 胡双启, 冯永安

  优先出版日期:2024-08-21  DOI: 10.11943/CJEM2024156

  摘要(130) HTML(156) PDF(2.79 M)( 908)

  摘要：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。

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• 熔铸炸药凝固工艺与在线检测技术研究进展

  张彭超, 樊超, 朱士富, 谢中元, 马宁, 魏宗亮

  优先出版日期:2024-08-20  DOI: 10.11943/CJEM2024124

  摘要(114) HTML(248) PDF(2.18 M)( 917)

  摘要：熔铸炸药的凝固过程是其开发与生产的重要环节，凝固与装药质量对产品的爆轰性与安全性起着关键作用。基于国内外研究工作，研究从有限元仿真、凝固成型工艺以及在线检测方法3个方面系统论述了熔铸炸药凝固成型技术的发展。总结了有限元仿真在熔铸炸药浇铸和凝固过程中流场、温度场和应力场模拟方面的发展，阐述了凝固缺陷的形成以及不同工艺对凝固的作用行为，探讨了温度、应力应变、粘度以及内部结构等在线检测技术在熔铸炸药高质量精密成型技术中的应用。熔铸炸药装药仿真方法、凝固工艺优化以及在线检测技术的发展能够为凝固装备设计研发、凝固产品质量提升等提供重要理论和技术指导。未来，熔铸炸药装药凝固技术的发展需要在设备-物料模型构建、工艺设备安全、工艺条件精准控制、实时信息监控以及在线检测与自适应调控等方面进一步完善和应用。

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• 隧道内甲烷蒸气云爆炸特性及杀伤效应研究

  顾琳琳, 徐永行, 朱黄浩, 王振

  优先出版日期:2024-08-20  DOI: 10.11943/CJEM2024155

  摘要(101) HTML(86) PDF(2.45 M)( 864)

  摘要：为探究隧道内甲烷蒸气云爆炸波的传播规律与特性，采用Ls-dyna软件中的CE/SE（时空守恒元和求解元）法建立隧道内甲烷空气预混爆炸模型，并通过试验数据验证了模型的准确性。通过数值仿真展示了9.5%浓度燃爆波传播至不同位置的典型波形，分析了超压和温度的传播演化规律，探讨了不同浓度甲烷蒸气云爆炸条件下超压和热辐射对隧道内人员的杀伤效应。研究表明：燃爆压力波在隧道轴向可分为自由扩展、反射耗散、壁面加速和马赫传播四个阶段，而压力变化呈现碰壁跃升、反射衰减和稳定传播三种特征；在隧道径向表现为沿壁面做周期性反射传播，强度随甲烷的消耗逐渐递减。温度场的演化规律在隧道轴向表现为由爆炸中心向隧道出入口对称传播，温度峰值沿程衰减迅速；径向则表现为向隧道底部辐射，随着时间推移，截面温度逐渐趋于一致并缓慢降低。综合燃爆超压和热辐射的杀伤效应，5.0%浓度的甲烷燃爆致死范围为距爆源13.51 m，严重损害范围为13.51~23.51 m，中度损害范围为23.51~160 m；6.5%浓度的甲烷燃爆致死范围为距爆源16.46 m，严重损害范围为16.46~45.36 m，中度损害为范围45.36~160 m；9.5%浓度的甲烷燃爆致死范围为距爆源20.58 m，严重损害范围为20.58~160 m。

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• ADN/PDO共晶高效制备与结构和性能表征

  刘泽宁, 乔申, 马凡, 杨宗伟, 于雁武

  优先出版日期:2024-08-15  DOI: 10.11943/CJEM2024114

  摘要(114) HTML(168) PDF(1.80 M)( 902)

  摘要：为了开发一种快速高效且绿色环保的二硝酰胺铵/吡嗪-1，4-二氧化物（ADN/PDO）共晶制备新途径并全面表征其性能，采用反应结晶法，以纯水作为溶剂，制备了ADN/PDO共晶，并采用光学显微镜（OP）、单晶X射线衍射（SXRD）以及粉末X射线衍射（PXRD）对共晶的形貌和结构进行表征。结果显示，ADN/PDO共晶晶体呈棱柱状，由ADN和PDO分子按摩尔比2∶1结合形成，室温下晶体密度为1.779 g·cm^-3，属于单斜晶系，空间群为P2₁/c。通过DSC测试和增重法对ADN/PDO共晶的热性能和吸湿性进行了表征，并使用NASA CEA对能量性能进行预测。研究表明，采用该方法制备的ADN/PDO共晶的熔点为113.3 ℃，比ADN提高了21.3 ℃，分解温度略高于ADN，具有较好的热稳定性。共晶的吸湿率仅为2.6%，大幅度降低了ADN（45%）的吸湿性。此外，共晶的理论比冲高达277.9 s，优于ADN（197.5 s），具有较高的能量。因此，反应结晶法实现了高能量低吸湿的ADN/PDO共晶高效制备，为进一步评估其应用性能奠定了基础。

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• 基于BDD电极的实际含能材料废水中氮转化电化学处理

  尤家军, 熊鹰, 王兵, 汪建

  优先出版日期:2024-06-04  DOI: 10.11943/CJEM2024092

  摘要(255) HTML(94) PDF(2.05 M)( 1347)

  摘要：中试含能材料废水含各类高浓度含氮化合物（氨氮（NH₃-N）、亚硝酸盐（NO₂^-）、硝酸盐（NO₃^-）等）和有机污染物，是一类极难降解的废水。为实现对含能材料废水中含氮化合物的高效、定向去除，采用热丝化学气相沉积（HFCVD）法制备的掺硼金刚石（BDD）电极对其进行电化学降解，重点研究了氯化钠和硫酸钠等电解质成分及浓度、修饰电极类型（如Cu/BDD、Ni/BD电极）及电解装置结构（单池、双池）对含氮化合物降解效果的影响。结果表明：在含能材料废水中添加0.1 M氯化钠电解质有助于提高NH₃-N直接转化为氮气（N₂）的选择性；采用Cu/BDD、Ni/BDD阴极可加速高价氮向NH₃-N的转化过程；双电解池结构体系下，以Cu/BDD、Ni/BDD电极为阳极可以提高NH₃-N转化为N₂的降解速率。因此，采用金属修饰BDD电极为阳极的双电解池结构在添加0.1 M NaCl电解质情况下有望实现对宏量含能材料废水进行快速、高效、高选择性降解。

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• 基于慢烤实验的炸药热传导系数计算方法

  许礼吉, 白志玲, 段卓平, 黄风雷

  优先出版日期:2024-05-31  DOI: 10.11943/CJEM2024072

  摘要(300) HTML(202) PDF(1.24 M)( 1131)

  摘要：热传导系数作为炸药的重要热力学参数，显著影响炸药装药的点火响应特性。在未开展炸药热传导系数测定实验的情况下，为了快速有效确定一种新型炸药热传导系数，针对典型圆柱段装药结构，建立了轴对称热传导理论模型，获得混合炸药热传导方程的稳态解析解，提出了基于慢烤实验数据的混合炸药热传导系数计算方法。确定了新型不敏感炸药GOL-1（HMX/Al/AP/Binder）的热传导系数，典型烤燃条件下小尺寸装药结构点火响应数值模拟计算结果显示：不同加热速率下装药中心温升曲线计算结果与实验结果均吻合较好，点火时刻装药中心位置温度和点火时间的计算结果与实验偏差最大为2.27%和1.12%，表明GOL-1炸药热传导系数的有效性及数值模拟方法的可行性。建立的热传导计算方法揭示了慢烤装药温度-时间曲线中包含的炸药导热特性及规律，相比体积加权方法和串/并联导热模型方法更适用于计算混合炸药热传导系数，在缺少新型炸药热传导系数测定实验数据的情况下，不失为一种有效的确定方法，为弹药热安全性设计与评估提供了炸药基础参数，推动安全弹药数字化设计与量化评估发展。

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• C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄和C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O的合成、结构与性能

  刘威, 苟晓东, 郭晓壮, 杨彩

  优先出版日期:2024-05-22  DOI: 10.11943/CJEM2024027

  摘要(298) HTML(292) PDF(1.49 M)( 1137)

  摘要：本研究采用小分子燃料1，4，7，10-四氮环十二烷与硝酸、高氯酸发生成盐反应，制备了C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄和C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O两种有望用作战时应急储备的单质炸药。通过单晶X-射线衍射、红外光谱、元素分析、差热分析、热重分析、EXPLO 5.0程序对目标产物的结构、热性能、爆轰性能进行了研究。结果表明C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄属正交晶系，Pcc2空间群，晶体密度为1.968 g?cm^-3； C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O的晶体为二水合物，属单斜晶型，P2₁/n空间群，晶体密度为1.642 g?cm^-3。C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O和C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄的热分解峰值温度及活化能分别为293.2 ℃、284.1 ℃和131.76 kJ·mol^-1、195.18 kJ·mol^-1。C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O和C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄表现出了较为优异的爆轰性能，其爆速、爆压分别可达8058 m?s^-1、8680 m?s^-1和24.0 GPa、36.2 GPa。此外，C₈H₂₄N₄（NO₃）₄?2H₂O和C₈H₂₄N₄（ClO₄）₄的撞击感度分别为36 J、33 J，摩擦感度均大于360 N。

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• HNS-Ⅳ基PBX的冲击起爆点火增长模型参数

  赵雅琦, 杨沙, 曹威, 郭伟, 宋清官, 段英良, 黄兵, 韩勇

  优先出版日期:2024-05-15  DOI: 10.11943/CJEM2024052

  摘要(344) HTML(212) PDF(1.19 M)( 1171)

  摘要：为了获得HNS-IV（IV型六硝基菧）基高聚物粘结炸药的冲击起爆点火增长模型参数，采用炸药平面波加载冲击波的方法，冲击波经隔板衰减后作用到被测炸药上，使用光学多普勒测速技术获得被测炸药与LiF窗口的界面粒子速度曲线。一发试验的隔板上可同时放置多发不同厚度药片，通过调整隔板厚度改变输入压力，可以获得界面粒子速度的增长过程。同时，基于反向撞击法获得了被测炸药的未反应冲击绝热线，基于直径10mm圆筒试验获得了圆筒膨胀速度时间曲线，采用遗传算法拟合试验结果分别获得了未反应炸药和爆轰产物JWL状态方程参数。最后，采用点火增长模型对不同厚度炸药与LiF窗口的界面粒子速度曲线进行了拟合。结果表明，未反应炸药和爆轰产物状态方程参数曲线拟合相关性较高，获得的点火增长模型参数很好地模拟了冲击起爆试验结果，可以满足起爆传爆序列设计需要。

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• 固体推进剂药浆立式混合过程SPH方法研究

  洪寅, 刘看, 武毅, 吴艳青, 杨秀峰

  优先出版日期:2024-04-26  DOI: 10.11943/CJEM2024043

  摘要(426) HTML(256) PDF(3.00 M)( 1502)

  摘要：立式混合机内桨叶的行星运动可有效促进物料不同组分间的分散循环和均质分布，故已应用于固体推进剂药浆的制备过程。然而，混合机内的复杂界面及其运动导致药浆内部的混合机理与流变特性难以采用传统的方法进行研究。针对层流流动下推进剂药浆与桨叶耦合过程，基于光滑粒子法（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH），连续体被离散为若干携带物理量的守恒质点。结合Herschel-Bulkley（HB）本构模型，发展了适用于非牛顿流体状态下推进剂药浆混合过程的无网格方法。将数值模拟和实验进行对比，验证所提出模型的准确性。通过探究桨叶运动参量与功率消耗的相关性，分析了几何构型、转动模式对药浆混合均匀程度及叶轮扭矩负载的影响规律。研究结果表明，若剪切速率指数n为0.47时，液体在非牛顿流动状态下，模拟结果相对文献实验结果的平均误差约为4.98%，故两者具有良好的一致性。行星叶轮搅拌2.65 s后，其混合均匀性指数相比于中心、偏心叶轮依次提高了8.9%和7.3%。而雷诺数Re = 1时，公转半径在0.11Dw ~ 0.23Dw范围内，扭矩的最大增幅可达38.4%。

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• 磁场辐射下TNT晶体性能的变化特性

  任海超, 贾宪振, 刘瑞鹏, 王昊, 孙晓宇, 张增明, 陶俊, 王晓峰

  优先出版日期:2024-04-26  DOI: 10.11943/CJEM2023271

  摘要(311) HTML(210) PDF(1.84 M)( 1265)

  摘要：为详细了解强磁场辐射下三硝基甲苯（TNT）晶体性能的变化特性，借助扫描电子显微镜仪研究了强磁场辐射（0，6 T）下TNT晶体形貌变化，利用X射线衍射仪和拉曼光谱分析了磁场辐射下TNT晶格变化，采用差示扫描量热仪（DSC）获得了磁场辐射下TNT的热分解特性。最后基于分子动力学模拟，探讨了强磁场辐射下（0， 3 T， 6 T和8 T） TNT的晶格常数、微观分布、力学性能和撞击感度变化情况。结果表明：TNT晶体受到6 T磁场辐射后，微观形貌由辐射前的鳞片针状结构转变为不规则的块状结构，热分解放热峰温度由289.6 ℃升高到304.1 ℃，但TNT的晶体相结构和晶格常数未发生明显改变。理论结果同样表明TNT晶格常数不受磁场辐射的影响，但磁场会改变TNT分子在晶体内部的分布。8 T磁场辐射能显著改善TNT晶体的延展性。通过比较最长引发键的占比，发现8 T磁场会增加TNT晶体的撞击感度。

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• 多脉冲加载下结构装药非线性放大效应及其点火实验

  仲苏洋, 廖深飞, 胡秋实, 李涛, 傅华

  优先出版日期:2024-04-25  DOI: 10.11943/CJEM2023245

  摘要(299) HTML(186) PDF(2.21 M)( 1187)

  摘要：为认识侵彻多层靶过程中装药意外点火的潜在机理，提出了基于多层嵌套子弹及双向限位设计思路，建立了一种连续多次冲击加载下结构装药非线性放大效应实验方法，验证了该方法的有效性，分析了非线性响应放大的内在机制，开展了多脉冲加载下结构非线性响应对装药点火行为的影响研究。结果表明：该实验方法能够针对装药进行灵活可控的多脉冲加载，加载应力峰值达百兆帕量级、脉宽达亚毫秒量级。一旦加载载荷的特征频率接近结构装药的固有频率，将产生结构非线性放大效应，装药应力幅值逐渐放大。在子弹速度、质量均相同的前提下，仅改变载荷频率，如果结构非线性响应发生放大，则PBX-3装药可能发生点火；反之则不会发生点火。可见，结构非线性放大效应是导致装药点火的一个重要因素。

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• 升温速率对JEO炸药烤燃响应特性的影响

  张烨, 王新宇, 徐文雨, 王在成, 姜春兰

  优先出版日期:2024-03-28  DOI: 10.11943/CJEM2024010

  摘要(389) HTML(390) PDF(2.17 M)( 1329)

  摘要：为研究JEO炸药（3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮（NTO）/奥克托今（HMX）/添加剂）的烤燃响应特性，设计了炸药烤燃多点测温-测压实验系统，开展了5 ℃·min^-1和2 ℃·min^-1 2种升温速率下的JEO炸药烤燃实验，获得了点火时间、点火温度、不同位置处炸药的温度历程和装置内部的压力历程，分析了升温速率对JEO炸药烤燃温度、压力变化和反应剧烈程度的影响。在实验研究的基础上，采用考虑压力对炸药热分解反应影响的炸药烤燃多相流物质输送模型，使用Fluent软件对不同升温速率下JEO炸药的烤燃热分解过程进行了数值模拟研究。研究结果表明，JEO炸药热分解反应在相变前较为缓慢，相变后反应速率加快，炸药温度升高加快、压力呈指数增长，直至点火，JEO炸药的点火温度约为220 ℃，在本实验的约束条件下响应等级为爆燃，具有良好的热安全性；随着升温速率的降低，JEO炸药的点火时间变长，点火位置由装药边缘移向中心，反应剧烈程度增加；点火前的热分解过程中只有少部分炸药发生了反应，大部分炸药在点火后的燃烧阶段发生反应。

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• 含能材料的组装及其性能研究进展

  刘丹, 王浚儒, 赵煦, 杨志剑

  优先出版日期:2024-03-26  DOI: 10.11943/CJEM2023269

  摘要(811) HTML(422) PDF(3.60 M)( 2018)

  摘要：含能材料的形貌及结构对其各项性能具有显著影响，为改善现有含能材料的固有性能，满足武器装备不同应用需求，含能材料的组装是一种有效的技术手段。基于国内外学者的相关工作，从单一组分含能材料通过组装直接影响结构从而调控其性能、多组分复合含能材料的组分及复合结构协同调控性能两个角度出发，综述了当前含能材料的组装方法及其对性能的调控效果，阐述了其它功能材料组装对含能材料的启示。当前，单一组分含能材料组装可以带来新的炸药形貌，多组分组装可以弥补现有性能调控的不足，实现能量及安全性能协同提升，但含能材料的组装发展还面临着组装方法单一、过程调控难、组装机制尚不明确、多组分研究不够深入等问题。未来研究可以重点关注含能材料晶体组装理论完善、微介观表征技术发展及新组装技术探索三个角度。

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• 三元活性金属燃料Al/B/Mg和Al/B/MgH₂的燃烧特性

  程志鹏, 夏语, 罗一民, 马腾, 徐飞扬, 张宇, 吴星亮, 徐森

  优先出版日期:2024-08-16  DOI: 10.11943/CJEM2024100

  摘要(174) HTML(234) PDF( 909)

  摘要：为探究三元活性金属燃料Al/B/Mg（ABM）和Al/B/MgH₂（ABM-H）的燃烧特性，分别利用氧弹量热仪和哈特曼管研究样品的燃烧热与最小点火能，借助高速摄像系统与高速红外摄像系统研究火焰传播亚瞬态过程和温度场域时空分布特性。研究结果表明：ABM、ABM-H的燃烧热值分别为34.1 MJ·kg^-1和32.2 MJ·kg^-1较纯Al的燃烧热值（29.8 MJ·kg^-1）分别提高了14.4%和8.1%；ABM、ABM-H和Al的最小点火能量分别在160~170，100~110，20~30 mJ之间；质量浓度为625 g·m^-3时，ABM和ABM-H较纯Al燃烧持续时间分别增加了65.5%和34.5%，火焰传播速度峰值分别提升了12.6%和23.0%。质量浓度在500 g·m^-3条件下，ABM-H和ABM的火焰传播速度峰值均最大，分别为45.05 m·s^-1和38.7 m·s^-1，火焰表面最高温度峰值分别为1856 ℃和1717 ℃，ABM-H较ABM提高了7.6%，同时升温速率更快。可见，ABM和ABM-H配方在显著降低粉尘/空气混合物爆炸危险性的同时，燃烧性能明显提高，且ABM在燃烧热值和燃烧持续时间上表现出更好的热效应，ABM-H在最小点火能量、火焰传播速度和温度上升速率方面表现出更高的反应活性。

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2024年第32卷第10期       含能材料微结构设计、制备及性能

>专题导言

• 专题导言：含能材料微结构设计、制备及性能

  王晓峰

  2024,32(10):1008-1008, DOI:

  摘要(17) HTML(10) PDF(1.14 M)( 36)

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>含能快递

• 含能快递-2024第10期

  冯晓军, 王晓峰

  2024,32(10):1009-1010, DOI:

  摘要(12) HTML(9) PDF(957.93 K)( 42)

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>观点

• 含能材料的多尺度结构及其研究意义

  王晓峰

  2024,32(10):1011-1013, DOI: 10.11943/CJEM2024226

  摘要(18) HTML(13) PDF(445.50 K)( 167)

  摘要：

>制备与性能

• 分子钙钛矿含能材料氯酸铵三乙烯二铵的合成、结构与性能

  于晨曦, 叶乐, 方梓洛, 张伟雄, 陈小明

  2024,32(10):1014-1019, DOI: 10.11943/CJEM2024166

  摘要(15) HTML(2) PDF(968.57 K)( 124)

  摘要：分子钙钛矿含能材料作为一种新概念单质含能材料，可通过改变其离子组分而调控性能，为设计适用不同领域的实用火炸药提供新途径。氯酸铵具有强氧化性而常用作氧化剂，但其高吸湿性极大限制其应用范围。研究通过混合氯酸钠、氨水和三乙烯二胺（dabco）后进行酸化，获得了新的分子钙钛矿含能材料（H₂dabco）（NH₄）（ClO₃）₃（简称DAC-4）。X射线单晶衍射分析表明，DAC-4具有ABX₃型钙钛矿结构，属于立方Pmm空间群，晶体学密度为1.86 g·cm^-3。DAC-4有较优异的理论爆轰性能，其爆热、爆速和爆压分别4.91 kJ·g^-1、8.43 km·s^-1和32.6 GPa。差热分析表明，DAC-4分解峰值温度为106 ℃，显著高于氯酸铵（75 ℃）。吸湿性实验表明，在相对湿度小于86%条件下存放近2个月，DAC-4基本不吸湿，最高增重仅0.18%，远低于氯酸铵（增重30%）。

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• 八面体形细粒度高品质RDX晶体的制备及生长机理

  孙晓琪, 焦方宝, 吕瑞兵, 段晓惠, 李洪珍

  2024,32(10):1020-1030, DOI: 10.11943/CJEM2024095

  摘要(18) HTML(5) PDF(5.12 M)( 136)

  摘要：采用溶剂-反溶剂法，在二甲基亚砜（DMSO）-乙二醇（EG）体系中，以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（EmimOAc）离子液体为添加剂，制备了平均粒径为9.35 μm的八面体环三亚甲基三硝胺晶体（O-RDX）。系统研究了溶剂体系、溶液浓度、结晶温度、添加剂、搅拌速率等结晶参数对RDX晶体生长行为的影响规律，发现过饱和度是决定RDX晶体生长方式的主要因素，随着过饱和度的逐渐减小，RDX晶体经历了粗糙生长-二维生长-螺旋生长的变化过程，RDX晶体形态由树枝状逐渐演化为八面体形状。与原料RDX相比，O-RDX的晶型未发生改变，为常用的α晶型；O-RDX晶体密度增加，内部缺陷减少；分解温度提高5 ℃；撞击感度和摩擦感度分别降低60%和50%。为揭示O-RDX的形成原因，采用附着能AE模型，分子动力学（MD）方法，预测了RDX在真空下和EmimOAc作用下的晶体模型。预测结果表明，真空条件下RDX具有6个重要的生长面：（1 1 1）、（2 0 0）、（1 0 2）、（0 2 0）、（2 1 0）、（0 2 1），EmimOAc则使RDX主要晶面的生长速率趋于一致，导致八面体RDX晶体的形成，理论模拟与实验结果基本一致。

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• 三维网络结构CL-20/Al@Co/NBC复合物的制备与性能

  曹云杉, 李豪, 易雪玲, 秦康怡, 李洁, 段晓惠

  2024,32(10):1031-1039, DOI: 10.11943/CJEM2024172

  摘要(32) HTML(7) PDF(2.18 M)( 94)

  摘要：为了改善Al粉在混合炸药中的释能特性，综合微结构设计和Al颗粒表面改性优势，构筑了三维网状六硝基六氮杂异伍兹（CL-20）/Al@Co/硝化细菌纤维素（NBC）复合物。首先采用置换法在Al粉表面包覆Co，形成核壳结构Al@Co粒子；再利用模板法将Al@Co和CL-20沉积在NBC的三维网状结构中，得到三维网状CL-20/Al@Co/NBC复合物。采用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进行形貌结构表征，并通过热分析、感度和燃烧测试进行性能分析。结果表明，Al@Co粒子为Co在Al表面形成一层厚度约32 nm包覆层。CL-20/Al@Co/NBC复合物呈三维网状结构，与相应的NBC+CL-20+Al混合物及CL-20/Al/NBC复合物相比，Al的高温热分解峰温分别提前123.7 ℃和99.5 ℃，放热量分别增加5.93 kJ·g^-1和4.50 kJ·g^-1。且CL-20/Al@Co/NBC的点火延迟时间更短、燃烧速率更快；撞击感度（30 J）和摩擦感度（192 N）均有所降低。

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• CL-20@PCHA复合粒子的制备及性能

  文艺蒙, 茆俊卿, 马宋雨辰, 狄阳, 刘涛, 刘杰

  2024,32(10):1040-1048, DOI: 10.11943/CJEM2023200

  摘要(16) HTML(7) PDF(1.77 M)( 113)

  摘要：多晶型六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）在推进剂体系中因与添加剂接触或环境条件（温度或压力）改变，晶型易发生转变形成混合晶型，导致推进剂结构损伤，性能降低。为阻止溶剂与CL-20的接触，抑制CL-20晶型转变，研究将基于己二胺（HMDA）与邻苯二酚（CCh）氧化自聚合反应生成聚酚胺（PCHA）薄膜，采用水悬浮法在温和的条件下对CL-20炸药晶体进行表面修饰，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、拉曼光谱仪（RAMAN）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）等对表面改性颗粒的形貌结构、包覆物含量、热稳定性及其在乙二醇溶液中的稳定性进行研究。结果表明，HMDA与CCh在温和条件下可对CL-20晶体表面进行修饰，并形成一层致密的PCHA包覆层；溶解称重法和高效液相色谱法（HPLC）测得PCHA包覆物含量约为1%；PCHA包覆将晶型转变温度和热分解温度分别提升了16 ℃和7 ℃，通过Kissinger法计算不同升温速率下的热分解活化能E_a发现CL-20@PCHA的活化能较CL-20提高了约8 kJ·mol^-1，热稳定性得到较大提升；XRD测试结果表明PCHA薄膜可以有效阻隔溶剂与CL-20的接触，减缓CL-20在溶剂中的溶解速率，可有效抑制CL-20的晶型转变。

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• Al@TiO₂/KClO₄含能药剂的制备及反应性能

  佟乐乐, 先明春, 毛健, 陈茂, 成琦, 胡建举, 周杨

  2024,32(10):1049-1057, DOI: 10.11943/CJEM2024149

  摘要(6) HTML(2) PDF(2.52 M)( 74)

  摘要：为了提高Al/KClO₄烟火药的反应性能，减小点火器输出压力散差，采用原位置换法制备了核壳结构Al@TiO₂含能粒子，并用湿混造粒的方法制备了Al@TiO₂/KClO₄烟火药。分别采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差热-热重联用仪（TG-DSC）、量热仪研究了Al@TiO₂/KClO₄药剂的微观形貌、成分组成、热分解性能与燃烧性能。采用密闭爆发器分别测试了Al/KClO₄及Al@TiO₂/KClO₄药剂的输出压力，并对输出压力均值和标准差进行了对比。结果表明，采用原位置换法成功制备了核壳结构Al@TiO₂复合颗粒，基于该颗粒制备的Al@TiO₂/KClO₄药剂表观活化能降低18%，燃烧热略低于Al/KClO₄，TiO₂壳层的存在提升了Al和KClO₄的反应性能，Al@TiO₂/KClO₄药剂的输出压力标准差为0.13，较Al/KClO₄药剂的输出压力标准差0.28显著降低。

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• AP/KP复合型氧化剂的设计、制备及燃烧性能

  李胜伟, 徐东, 孙森, 周近强, 吴成成, 郭学永

  2024,32(10):1058-1067, DOI: 10.11943/CJEM2024049

  摘要(10) HTML(3) PDF(2.24 M)( 102)

  摘要：为了解决现有混合炸药用氧化剂高氯酸铵（AP）密度和有效氧含量低的问题，将密度和有效氧含量更高的氧化剂高氯酸钾（KP）与AP复合，使用分子动力学方法确定了AP/KP复合型氧化剂的最佳配比，使用物理混合法和溶剂蒸发法分别制备了新型AP/KP高密度高释氧复合型氧化剂，并采用电感耦合等离子光谱发生仪（ICP）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线粉末衍射仪（XRD）、热分析仪（DSC-TG）对其元素组成、形貌、结构、成分和热性能等进行表征。结果表明：使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂的元素分布合理，粒度分布均匀；XRD晶型未发生变化，晶型较为完整；AP和KP的热分解峰温分解分别下降了11.25 ℃和13.87 ℃，更有利于热分解过程的进行。此外，将物理混合法和溶剂蒸发法制备的复合型氧化剂引入典型金属可燃剂Al粉中，对比研究了不同制备方法的样品和Al粉的点火和燃烧性能。结果表明，使用溶剂蒸发法制备的AP/KP复合型氧化剂和Al粉混合时燃烧热值达到12.228 MJ·kg^-1，增压速率达到5.21 MPa·s^-1，激光点火试验表明AP燃烧反应速率慢和KP点火困难的缺点均被大幅度改善。

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• 高燃烧效率含卤氧化剂包覆硼粉的制备及性能

  刘睿, 杨丹锋, 张云龙, 聂洪奇, 严启龙

  2024,32(10):1068-1079, DOI: 10.11943/CJEM2024062

  摘要(12) HTML(3) PDF(3.31 M)( 111)

  摘要：为了提升硼粉的点火燃烧性能，采用高能球磨与喷雾干燥相结合的技术制备了4种微纳米B-Fe-Bi₂O₃@AP/PVDF复合物，根据其高热值和高燃烧效率的特点将四种复合物命名为μBHH_c、μBHC_e、nBHH_c及nBHC_e，并对其形貌结构、热反应性、点火延迟、质量燃速和凝聚相产物进行了表征分析。结果表明，μBHH_c和μBHC_e复合物在氩气中最大热值达9.7 kJ·g^-1，最高燃烧效率达66.2%；在氧气中最大热值达14.6 kJ·g^-1，最高燃烧效率达93.3%，空气中氧化峰温在750~760 ℃之间。nBHH_c和nBHC_e复合物在氩气中最大热值达9.9 kJ·g^-1，最高燃烧效率达68.9%；在氧气中最大热值达14.8 kJ·g^-1，最高燃烧效率达97.2%，空气中氧化峰温在595~600 ℃之间。各类复合物的最高燃烧温度达1954~2011 ℃，其中nBHH_c复合物的点火延迟最短（26 ms），且质量燃速最高（1.84 g·s^-1）；μBHC_e复合物的点火延迟最长（39 ms），质量燃速也最低（0.80 g·s^-1）。各类复合物燃烧产物主要由B₂O₃、B₄C及少量未完全燃烧的硼组成，形貌包含5~10 μm的球体及10~20 μm的片状物质。

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• 密闭环境中压力对现场混装乳化炸药微观结构和热稳定性的影响

  潘长鑫, 刘锋, 毕如洁, 代伟, 朱正德, 程雨航

  2024,32(10):1080-1090, DOI: 10.11943/CJEM2023219

  摘要(2) HTML(1) PDF(2.18 M)( 90)

  摘要：为研究螺杆泵送和中深孔装药时伴随的高压作用对现场混装乳化炸药基质微观结构和热稳定性的影响，采用光学显微镜、激光粒度仪、水溶性实验、热重与微商热重联用技术、Kissinger法和Ozawa法、Coats-Redfern法和Šatava法，对常压、高压环境下基质的微观结构、粒径分布、析晶含量、热分解过程、热分解反应活化能、热分解机理函数和速率方程进行了研究。结果表明，从常压到高压，基质内相液滴出现聚合、破乳、析晶现象，粒径由3.717 μm增大为4.474 μm，硝酸铵晶体的析出量由0.0530 g增大为0.0640 g，乳液体系均一性减弱；基质的平均热分解起始温度T_onset由157.4 ℃升高为184.0 ℃，平均一阶微商热重峰温T_p由262.6 ℃升高为281.8 ℃，平均质量损失平均速率由0.1454 %·s^-1升高为0.1476 %·s^-1，反应活化能由108.49 kJ·mol^-1降低为84.74 kJ·mol^-1，高压下蒸发破乳释放的游离水可能造成了T_onset与T_p上升，热分解反应更容易发生；Ozawa法计算的活化能随着转化率增大的变化趋势不同，热分解反应的机理函数从Valensi方程变为反Jander方程，其速率方程也发生了变化。高压作用促进了基质内相液滴聚合、破乳、析晶过程，降低了热分解反应发生的活化能，减弱了体系均一性、热稳定性。

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• HMX基高聚物粘结炸药界面增强的粒径效应

  刘佳辉, 曾诚成, 郑胜军, 庞海燕, 杨志剑, 聂福德

  2024,32(10):1091-1098, DOI: 10.11943/CJEM2024013

  摘要(11) HTML(3) PDF(1.87 M)( 96)

  摘要：为研究炸药晶体粒径对高聚物粘结炸药（PBX）力学性能及界面增强效果的影响规律，以4种不同粒径HMX（160 µm，60 µm，25 µm和150 nm）为主体炸药，氟树脂为粘结剂，中性聚合物键合剂为界面增强剂，制备了8种HMX基PBX。采用压缩应力应变试验、巴西试验分别获得8种PBX在常温（20 ℃）和高温下（60 ℃）的压缩和拉伸力学性能，采用动态热机械分析仪的三点弯曲模式获得储能模量和力学损耗因子，采用扫描电镜对PBX断面进行表征。结果表明，PBX的压缩强度和拉伸强度随HMX粒径的减小而增大，纳米HMX在力学增强方面具有很好的效果。20 ℃以纳米HMX为基的PBX-nano压缩强度和拉伸强度可分别达到61.3 MPa和5.7 MPa，较以160 µm HMX为基的PBX-L可分别提高73.1%和63.5%。添加中性聚合物键合剂后，不同粒径的HMX基PBX压缩力学强度和拉伸力学强度均得到提高，纳米HMX的增强效应尤其显著，PBX-nano-M在20 ℃和60 ℃下的拉伸强度分别可达10.4 MPa和5.8 MPa，较PBX-nano可分别提高82.6%和101.4%。当HMX平均粒径从百微米减小至百纳米，炸药件发生界面脱粘/损伤乃至断裂所需的断裂功越大，拉伸力学强度提升幅度越大。

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>计算与模拟

• 基于Noradamantane的高能量密度富氮笼型含能分子设计与性能预估

  王威文, 陈丽珍, 张朝阳, 谢炜宇

  2024,32(10):1099-1109, DOI: 10.11943/CJEM2024111

  摘要(15) HTML(3) PDF(2.04 M)( 106)

  摘要：研究提出一种通过化学键键能差进行能量密度快速估算的方法，和一种利用拉普拉斯键级和分子片段键离解能相结合快速判断笼型结构稳定性的方法。通过穷举法构建了基于Noradamantane的所有富氮骨架及其435种硝基衍生物，应用上述计算方法筛选兼具高能量密度和稳定性的分子结构，并采用量子化学能量计算和过渡态反应势垒计算验证筛选结果的可靠性。计算发现了两种兼顾高能量密度和结构稳定性的硝基化合物，其爆热、爆速、爆压和金属加速能力的理论计算最大值分别达到7.77 kJ·g^-1、10.1 km·s^-1、47 GPa和1.14倍HMX的金属加速能力，且结构分解反应势垒≥96 kJ·mol^-1。本研究所建立的含能分子能量密度和稳定性快速筛选方法，可为高能稳定的含能分子设计提供参考。

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• 炸药爆轰环境中铝粉非等温燃烧模型

  聂建新, 刘正, 阚润哲, 郭学永, 焦清介, 闫石

  2024,32(10):1110-1117, DOI: 10.11943/CJEM2024117

  摘要(12) HTML(5) PDF(1.06 M)( 110)

  摘要：为研究铝粉在爆轰环境中的燃烧特性，基于爆轰环境中铝粉燃烧模型，综合考虑了爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度对铝粉燃烧释能过程的影响，建立了爆轰环境中铝粉非等温燃烧模型，提出了包括铝粉燃烧过程、爆轰产物气体组分和爆轰环境体系温度在内的爆轰环境铝粉非等温燃烧控制方程，并通过激光诱导击穿光谱实验进行了验证。结果表明，铝粉非等温燃烧模型控制方程的计算值与激光诱导击穿光谱实验值的偏差在12%以内，验证了理论模型计算的准确性，获得了铝粉粒度和铝氧比对炸药中铝粉燃烧特性的影响规律。

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>综述

• 金属氧化物催化剂表界面效应对AP热分解性能影响进展

  李思恒, 曲文刚, 赵凤起, 姜一帆, 张震, 张明, 张建侃, 刘鹤欣

  2024,32(10):1118-1135, DOI: 10.11943/CJEM2024037

  摘要(11) HTML(4) PDF(2.59 M)( 103)

  摘要：高氯酸铵（AP）作为固体推进剂中重要的氧化剂，其热分解性能直接影响固体推进剂的燃烧特性。使用燃烧催化剂能够降低AP的分解温度并提高其分解速率。研究总结了应用于AP热分解的纳米燃烧催化剂微观结构调控的不同手段，分析了晶面、缺陷和复合界面等微结构调控方式对其在AP热分解反应中催化活性和催化机理的影响，并探究能获得最佳催化性能的催化剂特征。结果表明，通过调整暴露晶面、元素掺杂和构建复合界面结构可以提高纳米金属氧化物燃烧催化剂的催化活性；过渡金属氧化物纳米催化剂能通过暴露指定晶面实现催化活性的提升，元素掺杂能通过产生缺陷从而提升催化效果，构建复合界面结构能够利用界面效应调控催化位点的活性，从而有效提升催化性能。过渡金属氧化物纳米催化剂在提升AP热分解性能方面表现出了良好的催化活性。

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