国外对高能量密度材料CL_20在固体推进剂中的应用研究

弹药工程中的材料科学与应用研究弹药，作为现代战争中不可或缺的武器装备，其性能的优劣直接关系到战争的胜负和士兵的生命安全。

而在弹药工程领域，材料科学的发展和应用起着至关重要的作用。

从弹药的外壳到内部的装药，每一个部分都需要精心选择和设计材料，以满足各种复杂的作战需求。

一、弹药工程中常用的材料（一）金属材料在弹药制造中，金属材料因其良好的机械性能和理化特性而被广泛应用。

例如，高强度钢常用于制造炮弹的弹壳，以承受发射时的巨大压力和冲击力。

而铝合金则由于其轻质、高强度的特点，常被用于制造航空炸弹的外壳，以减轻弹药的重量，提高飞机的载弹量。

（二）高分子材料高分子材料在弹药工程中的应用也越来越广泛。

例如，聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯等工程塑料常被用于制造弹药的零部件，如引信的外壳、弹带等。

这些高分子材料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性，能够提高弹药的可靠性和安全性。

（三）含能材料含能材料是弹药的核心部分，其性能直接决定了弹药的威力和爆炸效果。

常见的含能材料包括炸药、火药等。

炸药如 TNT（三硝基甲苯）、RDX（黑索金）等具有高能量密度和强大的爆炸威力，常用于制造炮弹、炸弹等武器的战斗部。

火药如黑火药、无烟火药等则用于提供弹药发射时所需的推力。

二、材料科学在弹药外壳设计中的应用弹药的外壳不仅要承受发射时的高压力和高速度，还要在储存和运输过程中保持稳定，并且在命中目标时能够发挥预期的作用。

因此，外壳材料的选择和设计至关重要。

高强度金属材料如合金钢能够提供足够的强度和硬度，以承受发射时的巨大冲击力和摩擦力。

同时，通过优化外壳的结构设计，如采用流线型外形、增加加强筋等，可以进一步提高外壳的强度和稳定性。

此外，新型的复合材料也在弹药外壳的研究中展现出了巨大的潜力。

例如，碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量、轻质等优点，能够显著减轻弹药的重量，提高其射程和机动性。

三、材料科学在弹药装药中的应用弹药的装药是实现其爆炸威力和杀伤效果的关键部分。

高能量密度材料及其应用高能量密度材料是一类特殊的材料，具有高密度的化学能量和爆发力。

这种材料能够在极短的时间内释放大量的能量，是制造爆炸装置、火箭发动机、核武器等高科技领域中不可或缺的材料。

高能量密度材料的分类根据其化学成分和相互作用方式，高能量密度材料主要分为以下几类：1. 硝化物类材料：以硝酸铵、硝酸钾等为主要化合物，能够在高温条件下分解产生大量气体，从而形成爆炸效应。

硝化物类材料一般比较稳定，不易受到外界条件的干扰。

2. 硝酸酯类材料：由具有硝酸根离子的复合物组成，能够在接触到丝状点火器或其他点火物质时，迅速分解产生爆炸效应。

硝酸酯类材料在储存和使用过程中要特别谨慎，以免造成意外。

3. 高氮化合物：以含氮化合物为主要成分，如TATB、HMX 等。

这种材料能够快速分解生成气体，产生爆炸效应。

高氮化合物一般比较稳定，不受外界干扰。

4. 烷基铵盐类材料：由有机化合物和铵离子组成，最早是作为推进剂使用的，如AP、AN等。

这种材料的稳定性高，能够在较高温度下分解产生气体，形成爆炸效应。

高能量密度材料的应用高能量密度材料的应用十分广泛，其中最著名的就是制造核武器。

核武器是指利用核反应产生巨大能量的武器，核反应所产生的能量可以超过1亿吨TNT的爆炸力，这需要使用高能量密度材料作为核燃料。

此外，高能量密度材料也是制造合成液体燃料和火箭燃料的必要原料，它们能够在短时间内产生大量的气体，为火箭提供推力。

高能量密度材料也可以用于制造蓄电池和超级电容器，这两种设备都需要能够储存大量电能的材料。

蓄电池是指将化学能转化为电能的器件，其中的电极材料需要有较高的能量密度；而超级电容器则是一种能够高效地存储电荷和释放电荷的电容器，需要使用低电阻的材料。

此外，高能量密度材料还可以被用于消除有害物质。

有些有害物质如氧化亚氮、二氧化氮等，会引起空气污染和健康问题。

这种情况下，可以使用高能量密度材料来将这些有害物质转化为无害的氮气和水。

摘要:通过了解国内外熔铸炸药载体研究现状及现今许用熔铸炸药配方，设计一种以CL-20为固相，DNP为液相载体，运用kamlet半经验式和Urizar式计算当实际密度达到理论装药密度90%以上的爆速大于8000m·s-1的初步配方。

熔铸成预订形状，测试爆速、相容性、临界直径等，通过工艺处理及添加剂来提高药剂的冲击波感度和爆轰冲能，最终确定配方。

关键字：熔铸炸药、载体炸药、DNP、CL-20、爆速、临界直径Abstract：By understanding the research status of carriers for melt-cast explosives and permissible cast explosive formulation at home and abroad now,a kind of melt-cast explosive formulation was designed that consists of a solid and liquid phase by CL-20 and DNP respectively,initial formulation was calculated by using kamlet semi-empirical formula and Urizar，then finding the formulation with detonation velocity greater than 8000m·s-1 when the actual density exceeds 90% the density of theoretical charge。

Finally,casting the useful formulations become desire shape,testing the detonation velocity,compatibility and critical diameter,in order to improve the shock wave sensitivity and detonation we can treat process and add to additives，then the promising formulation will be gained。

2017年12月固体火箭推进剂发展状况沈弘宇（长沙市周南梅溪湖中学，湖南长沙410002）摘要：固体火箭推进剂在近二三十年随着聚合物化学的进步取得了迅速的发展，航空航天领域在新的时代背景下，对火箭推进剂的能量密度、环保性能、综合成本和安全性能都有了更高的要求.本文对当代固体火箭推进剂技术进行简单介绍，并从粘合剂、氧化剂、增塑剂和燃料添加剂四个方面来介绍固体火箭推进剂的发展情况。

关键词：固体火箭推进剂；粘合剂；氧化剂；燃料添加剂1固体火箭推进剂简介固体火箭推进剂的发展十分漫长，其历史可追溯到中国人在十三世纪使用黑火药增加弓箭的射程。

黑火药的能量密度很低，推进效果很差。

而随着上个世纪四、五十年代第二次世界大战的爆发和聚合物化学的蓬勃发展，固体推进剂取得了全面且成熟的发展，硝酸酯增塑聚醚（NEPE ）、端羟基聚丁二烯（HTPB ）、缩水甘油叠氮醚（GAP ）等推进剂相继出现，使得固体推进剂应用更加广泛。

在现今阶段，能量密度一直是推进剂的首要指标；对推进剂的能量、技术、成本和安全有全面综合的要求；也由此打破了传统的分类界限，形成了共同促进，取长补短的融合，不断有新的配方出现。

2固体火箭推进剂的发展情况2.1粘合剂粘合剂是固体推进剂体系中的研究热点。

目前广泛应用和研究的是含能粘合剂。

通常是在聚合物分子链中含能的官能团，如硝基（—NO 2）、硝酸酯基（—ONO 2）、叠氮基（—N 3）等等。

粘合剂只占推进剂大约10%，但是其对推进剂的综合性能有着巨大的影响。

含能粘合剂在改善氧化剂和燃料的燃烧环境的同时，也燃烧并释放出能量，从而提高推进剂的性能。

下面对两类主要的含能粘合剂进行简要介绍：（1）叠氮粘合剂叠氮粘合剂中的叠氮基分解先于高分子主链且独立进行，其燃烧产物主要为一氧化碳、氮气和氢气，基本无可见烟和三原子产物，并且具有燃温低的特点。

因此在高能无烟固体推进剂的研究中有很大优势。

其典型代表GAP 是一种主链聚醚含有叠氮基侧链的聚合物，具有生成热为正、含氮量高、密度大、热稳定性好等优点，与增塑剂相溶性很好，危险性较低。

六硝基六氮杂异伍兹烷的粒度控制生产工艺王家伦1，张洪宝1，2，刘春竹2，李航2，孟子晖1，薛敏1（1.北京理工大学化学与化工学院，北京100081；2.辽宁庆阳特种化工有限公司，辽宁辽阳111000）摘要：六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）的粒度和形貌对其感度、安全性以及填药密度有重要的影响。

研究通过控制和优化重结晶工艺条件，分别探索超声辅助重结晶法和反溶剂法中不同因素以及搅拌器类型对CL‐20晶体粒度的影响。

在超声辅助重结晶法中，考察了超声连续震动和间歇震动频率以及不同超声频率（20~40kHz ）对生产小粒经产品的影响；在反溶剂法中，以乙酸乙酯和三氯甲烷为良溶剂和不良溶剂，考察了三氯甲烷滴加速度（20、50、100mL·h -1）、三氯甲烷与乙酸乙酯滴加量比例（1∶1、1∶2、1∶3），重结晶时间（24、48、72h ）以及重结晶温度（30、40、50℃）对大粒径产品的影响。

通过设计正交试验，确定了最优条件；在对搅拌器对产品影响的研究中，选择了四直叶开启涡轮式、六直叶涡轮式和双层分散盘三种搅拌器类型以及相应的多种转速对产品的粒度和形貌的影响。

结果表明，间歇超声辅助重结晶可显著减小晶体粒度，采用频率40kHz ，每震动30min ，停5min 的超声方式，可以获得平均粒度为14μm 的CL‐20颗粒；反溶剂法控制粒径的研究中，结晶时间72h 、结晶温度30℃、三氯甲烷滴加速度为20mL·h -1、滴加量为150mL 时，可获得大粒径的CL‐20产品（平均粒度为140μm ）；采用双层分散盘制备的CL‐20晶体外形为类球形，表面光滑均匀，粒径在40~100μm 之间可控。

对比四直叶开启涡轮式和六直叶涡轮式搅拌器制备的晶体，采用双层分散盘制得的产品撞击感度和摩擦感度较低，撞击感度特性落高值和摩擦感度爆炸概率分别为23.5cm 和44%。

关键词：六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）；粒度；形貌；撞击感度；摩擦感度中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20203131引言六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）是目前已知的能量最高的一种单质炸药，具有高密度、高能量等特点，其爆炸性能比奥克托今（HMX ）约高14%［1］，在炸药、固体推进剂、发射药等领域具有广泛的应用前景［2-5］。

超高能含能材料技术发展现状与趋势超高能含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量的化合物或混和物,其能量比常规炸药（通常为103J/g）至少高一个数量级的新型高能物质，是实现高效毁伤的核心技术。

这种材料在激发后,一般不需要外界物质参与,即可使化学反应持续下去，快速释放出巨大的能量。

它是各类武器系统(包括弹道导弹和巡航导弹）必不可少的毁伤和动力能源材料，是炸药、发射药和推进剂配方的重要组分。

超高能含能材料目前主要分为两大类：一类基于化学能，能量水平为104J/g—105J/g，如:高能/高释放率材料（纳米铝、纳米硼、纳米多孔硅等高活性储能材料）、全氮物质（氮原子簇）、金属氢等；另一类基于物理能，能量水平在105J/g以上，如亚稳态核同质异能素、反物质材料等.超高能含能材料参与的化学反应具有高速、高压、高温反应特征和瞬间一次性效应的特点，并释放大量的热和气体。

一、国外研究现状进入21世纪以来，超高能含能材料因实现能量的惊人突破而受到越来越多国家的高度重视.美俄采取积极举措大力发展超高能含能材料技术，并在高活性金属储能材料、全氮物质、金属氢和核同质异能素研究上率先取得重大突破.在美俄带动下，德国、瑞典、印度和日本等国也纷纷启动相关发展计划和研究项目,推动超高能含能材料的研究与应用。

高活性金属储能材料。

美国不仅研究了纳米级的铝、镁、硅、硼等多种高活性储能材料(采用云雾爆轰方式，其能量可达5—6倍TNT当量），还将含纳米铝的温压炸药成功装备成巨型空爆炸弹—-“炸弹之母"，其爆炸威力相当于11吨TNT；美国曾宣布研制的下一个88吨TNT当量(是俄罗斯“炸弹之父”的两倍)的高威力巨型炸弹将有可能使用能量水平更高的高活性硼燃料。

此外，美国陆军研究人员还利用纳米铝、硼、硼化铝和氮化硼纳米管等高活性纳米金属燃料积极开发先进高能量密度发射药。

俄罗斯先后在火炸药中应用了氢化铝、铝/氩共生物以及高能离子盐等超高能含能材料，如威力巨大的巨型炸弹——“炸弹之父"，就是采用7.1吨含活性金属高能材料燃烧剂的液态燃料空气炸药,爆炸威力达到6倍TNT当量，是美国“炸弹之母”的4倍,其威慑力不亚于核武器。

高能材料的生产与应用分析在当今科技飞速发展的时代，高能材料作为一种具有巨大潜力的物质，正逐渐在众多领域展现出其独特的价值和重要性。

从航天航空到军事国防，从能源开发到工业制造，高能材料的身影无处不在。

那么，究竟什么是高能材料？它们是如何被生产出来的？又在哪些方面有着广泛的应用呢？高能材料，简单来说，就是具有高能量密度、高反应活性和高爆炸性能等特点的一类特殊材料。

常见的高能材料包括炸药、推进剂、燃料等。

这些材料之所以被称为“高能”，是因为它们在一定条件下能够释放出大量的能量，从而产生巨大的推动力、破坏力或热能。

要了解高能材料的生产过程，首先得从其原材料说起。

生产高能材料所需要的原材料通常具有特定的化学性质和物理结构。

例如，硝酸铵、硝基化合物、高氯酸铵等是常见的原材料。

这些原材料在经过一系列复杂的化学反应和物理处理后，逐渐形成具有高能特性的最终产品。

在生产过程中，工艺控制至关重要。

精确的温度、压力、反应时间等条件的控制，能够确保反应的充分进行，提高产品的纯度和性能。

同时，为了保证生产的安全性，严格的安全措施和监控系统也是必不可少的。

先进的生产设备和技术的不断研发和应用，也在不断推动着高能材料生产工艺的改进和优化。

高能材料在航天航空领域的应用可谓是至关重要。

火箭的推进剂就是一种典型的高能材料。

它能够在短时间内释放出巨大的能量，为火箭提供强大的推力，使其摆脱地球引力，进入太空。

在卫星和探测器的发射中，高能材料同样发挥着关键作用，为它们的飞行和轨道调整提供动力支持。

军事领域也是高能材料的重要应用场所。

炸药是武器装备中的关键组成部分，如炮弹、导弹、炸弹等。

高能炸药能够在瞬间产生巨大的爆炸威力，对目标造成毁灭性的打击。

同时，在一些新型武器的研发中，如电磁炮、激光武器等，高能材料也在为其提供能量支持方面发挥着重要作用。

在能源开发方面，高能材料也有着独特的应用前景。

例如，在核聚变研究中，需要使用高能材料来创造极端的条件，实现可控核聚变反应。

高能材料的应用于国防科研与技术在当今复杂多变的国际形势下，国防实力的提升对于维护国家安全和稳定具有至关重要的意义。

而高能材料作为国防科研与技术领域的关键组成部分，发挥着不可或缺的作用。

高能材料，简单来说，就是具有高能量释放特性的材料。

它们通常能够在特定条件下迅速释放出大量的能量，从而产生强大的推动力、破坏力或者其他特定的效应。

在国防领域中，高能材料广泛应用于武器装备的研发和改进。

比如，炸药就是一种常见的高能材料。

在炮弹、导弹等武器中，高性能的炸药能够极大地增强其爆炸威力，对目标造成更严重的破坏。

新型的高能炸药具有更高的能量密度和更好的稳定性，使得武器的打击效果更加精准和强大。

固体火箭推进剂也是高能材料的重要应用之一。

它为导弹和火箭的飞行提供动力。

高性能的固体推进剂能够提高火箭的推力和比冲，增加导弹的射程和飞行速度，从而增强武器系统的战略威慑力和战术打击能力。

除此之外，高能材料还在核武器的研发中扮演着关键角色。

核武器的核心原理就是利用核反应释放出巨大的能量，而实现这一过程离不开特殊的高能材料。

这些材料的性能和质量直接关系到核武器的威力和可靠性。

在国防科研中，对于高能材料的研究不断深入和创新。

科研人员致力于开发具有更高能量输出、更好稳定性和安全性的新型高能材料。

例如，纳米技术的应用使得高能材料的性能得到了显著提升。

通过控制材料的纳米结构，可以改善其燃烧、爆炸等性能，为武器装备的发展提供了新的可能性。

同时，对高能材料的性能评估和测试也是国防科研中的重要环节。

只有准确了解材料的性能特点，才能更好地将其应用于实际的武器系统中。

这需要一系列先进的测试设备和技术手段，以及专业的科研人员进行深入的研究和分析。

然而，高能材料的应用也面临着一些挑战和问题。

首先是安全性问题。

由于高能材料具有高度的能量释放潜力，在存储、运输和使用过程中必须严格遵守安全规范，以防止意外事故的发生。

其次是环境问题。

某些高能材料的生产和使用可能会对环境造成一定的影响，因此需要在研发过程中充分考虑环保因素，寻求更加绿色和可持续的解决方案。

文章编号:1006-9941(2011)03-0272-04含CL -20改性双基推进剂的性能郑 伟,王江宁,谢 波,宋秀铎,田 军,袁志锋(西安近代化学研究所,陕西西安710065)摘 要:从物理化学性能、安全性能、燃烧性能和内弹道性能四个方面对含六硝基六氮杂异伍兹烷(C L -20)的改性双基推进剂(CM D B) C L -20/CM D B 进行了研究。

燃烧性能的测试表明,在6~20M Pa 下,C L -20/CM D B 较RD X /CM D B 推进剂的燃速高2.5~8.94mm s -1,其压强指数为0.28(10~20M Pa );物理化学性能测试表明,与RD X /CM D B 推进剂相比,C L -20/CM D B 推进剂具有更高的密度、爆热和比容,其密度、爆热和比容分别为1.76g cm -3、5034J g -1和658L kg -1;安全性能测试表明,C L -20/CM D B 与RD X /CM D B 推进剂相比,其化学安定性相当,撞击感度较低,但摩擦感度较高,达到了100%。

内弹道性能测试表明,C L -20/CM D B 推进剂在 36发动机中的比冲可以达到2226.1N s kg -1(227s),比RD X /CM D B 推进剂的比冲高15.1~39.4N s kg -1。

关键词:物理化学;高能量密度化合物;六硝基六氮杂异伍兹烷(CL -20);黑索今(RD X);改性双基推进剂中图分类号:T J 55;V 512;O 64 文献标识码:A DO I :10.3969/.j issn .1006-9941.2011.03.007收稿日期:2010-08-31;修回日期:2010-10-14作者简介:郑伟(1981-),硕士,工程师,研究方向为高能量密度材料在改性双基推进剂中的应用。

e -m a i :l z he i _w e i 035991@1 引 言六硝基六氮杂异伍兹烷(C L -20)的密度高、能量高、化学安定性好,能与大多数推进剂常用组分相容,将其作为高能组分是提高推进剂能量的一条有效途径。

纳米镍粉对Al-CMDB和CL-20-CMDB推进剂燃烧性能的影响袁志锋;赵凤起;张教强;宋秀铎;高红旭;郑伟;王瑛;裴江峰;王晶【摘要】To investigate the effect of nano-nickel powder with particle size of 50nm on the combustion properties of Al-CMDB and CL-20-CMDB propellants, the propellant samples were prepared through the rolling-absorption method. The burning rates of the propellants were measured by the target line method and the pressure exponents were calculated. The reason of how nano-nickel powder affect the combustion properties of Al-CMDB propellant was studied by flame photo, burning wave, DSC, morphology and elemental analysis of flameout surface. The results show that in Al-CMDB propellant, adding nano-nickel powder can greatly improve the burning rate and reduce the pressure exponent of the propellant. The burning rate of the propellant at 10MPa reaches35.59mm/s, the pressure exponent between 8-20MPa reduces from 0.43 to 0.17, and the propellant appears mesa effect between 15-20MPa when adding 0.7% (mass fraction)nano-nickel powder into the Al-CMDB propellant. In CL-20-CMDB, adding 0.5%(mass fraction)nano-nickel powder to CL-20-CMDB propellant can increase the burning rate of the propellant greatly at 4-10MPa,the pressure exponent between 8-20MPa is about 0.01 and the propellant appears mesa effect between 15-20MPa.%为了研究粒径为50nm的纳米镍粉(nano-Ni)对含Al改性双基(Al-CMDB)推进剂、含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)改性双基(CL-20-CMDB)推进剂燃烧性能的影响,通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压强指数.通过电镜扫描、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了纳米镍粉对Al-CMDB推进剂燃烧性能影响的原因.结果表明,在Al-CMDB推进剂中加入nano-Ni可大幅度提高推进剂燃速,降低推进剂的压强指数;当加入质量分数0.7%的nano-Ni时推进剂10MPa的燃速达到35.59mm/s,8~20MPa压强指数从0.43降低至0.17,15~20MPa出现麦撒效应.在CL-20-CMDB推进剂中加入质量分数0.5%的nano-Ni能明显提高推进剂的中低压(4~10MPa)燃速,8~20MPa压强指数约为0.01, 15~20MPa出现麦撒效应.【期刊名称】《火炸药学报》【年(卷),期】2016(039)005【总页数】5页(P99-103)【关键词】材料化学;纳米镍粉;推进剂;燃烧性能;燃速;麦撒效应【作者】袁志锋;赵凤起;张教强;宋秀铎;高红旭;郑伟;王瑛;裴江峰;王晶【作者单位】西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西北工业大学理学院,陕西西安 710072;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西北工业大学理学院,陕西西安 710072;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;湖北三江航天红林探控有限公司,湖北孝感 432100【正文语种】中文【中图分类】TJ55;V512纳米材料作为一种新型功能材料已得到国内外广泛关注，如纳米金属粉、纳米氧化物、纳米复合材料、纳米碳的制备等，而对于各种纳米材料(包括纳米复合物等)在双基体系推进剂中的应用也有大量文献报道[1-10]。