含能材料与应用

《含能材料与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、含能材料应用黄振亚一．课程的内涵与地位内涵：复合含能材料—火炸药。单质含能化合物是基础。地位：武器装备能源，无法从国外引进；涉及国家安全。形势：①核心是资源（海洋、太空）的竞争。我国南海、东海等周边的安全问题突出。②美国的霸权行为。③国与国之间关系微妙，国际地位、经济利益的竞争。④反恐与保障社会安全的需要。（危险品的检测、管理）机遇：国家投入大，研究经费充足，清华大学、中科院等著名高校和研究机构都积极涉足本领域的科研项目，目前人才短缺。二．课程的专业特点①安全性：易燃易爆行业，但不可怕，防护措施严格。②环保性：传统工业高能耗、高污染，急需变革。③制约性：新技术、新材

2、料、新工艺的应用受到安全性的限制；但在经济性方面比民用领域的制约要小得多。④经验性：作用过程具有“三高一短”的特点，有些参数难以正确检测，基础理论还比较薄弱，对不少机理问题认识不清楚。如：高压燃烧反应相关问题（催化剂的作用、烟焰问题等），工程应用中不少处于经验和半经验阶段。⑤复杂性：充满各种矛盾，如敏感性（安全性）与作用可靠性的矛盾；能量与烧蚀、特征信号的矛盾；等等。三．课程内容简介与计划第一章绪论：基本概念、发展历史简介、地位和作用。第二章物理化学性能：能量、燃烧爆炸、贮存、力学、安全第三章能量释放与功能转换：能量释放形式与特点、作功原理、功能转换及其调节与控制。

3、第四章发射药军事应用：对发射药的要求、装药应用设计、新型装药技术、应用中的有害现象及其控制。第五章固体推进剂军事应用：固体火箭发动机工作原理、对推进剂的要求、装药设计、羽流特征信号及控制技术。第六章含能材料应用中的安全知识：安全问题基本特征、引发事故的因素及其安全防护措施、安全规范。1含能材料基本概念亚稳态物质，大多由C、H、O、N等元素组成，特征：⑴具有含能基团，如≡C-NO2、=N-NO2、-O-NO2、-N3、-N=N-等，或含氧化剂、可燃物的混合物。⑵主要化学反应是燃烧和爆炸，具有高速、高压、高温反应特征和瞬间一次性效应特点，并释放大量的热和气体。⑶化学反应

4、不需要外界供氧，可在隔绝大气条件下进行。含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立地进行化学反应并输出能量的化合物或混合物。能独立进行化学反应并输出能量，是含能材料的重要特征。可应用的含能材料，能量释放必须是有规律和可控制的。一些化学键不稳定，-O-NO2类常温下存在热分解反应，随温度升高反应速度迅速加快；在外界刺激下容易响应。实际应用的大多属于含有氧化性基团和可燃性基团的混合含能材料（战斗部炸药、发射药、固体推进剂等）。两类基团存在于同一化合物的物质也称为爆炸性化合物，大部分爆炸性化合物既是氧化剂又是可燃物。国外有文章将O/C比大于1的化合物称为氧化

5、剂，O/C比小于1的化合物称为可燃物。Kw(T)随T升高增大。Kw(1100K)=1.013；Kw(3000K)=7.296。能量：反应放热量；气体生成量（与分子量有关）。2含能材料的分类及其组成与结构2.1含能材料的分类⑴用途：军用和民用两大类。军用：火炸药和火工品。包括：发射药、推进剂、炸药、烟火剂、起爆药等。民用：民用爆破工业炸药、烟火剂等。用于开矿、土建、油田、地质勘探、爆炸加工、烟花爆竹、影视拍摄等。⑵组成：单组份和混合组份；特征基团（硝基、硝胺等）。⑶结构体系：均质和非均质、单基和多基。⑷其它：按性能特点：高能低烧蚀、高能低特征信号、低易损性等；按制备工

6、艺：浇铸、压装等。含能化合物是混合含能材料的基础。传统的有含≡C-NO2、=N-NO2和-O-NO2的三类单质炸药：硝基炸药（如梯恩梯－三硝基甲苯）、硝胺炸药（如黑索金－环三亚甲基三硝胺、奥克托金－环四亚甲基四硝胺）、硝酸酯炸药（如硝化棉、硝化甘油－丙三醇三硝酸酯、太安－季戊四醇四硝酸酯等）。新型含能化合物：1,3,3-三硝基氮杂环丁烷TNAZ；三氨基胍叠氮化物TAGAZ；1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷DIANP；聚叠氮缩水甘油醚GAP；3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷AMMO；3,3-双叠氮甲基环氧丁烷BAMO等叠氮化合物；二硝酰胺盐ADN；六硝基六氮杂异伍兹烷C

7、L-20；等等。2.2含能材料的组成与结构⑴火药（发射药和推进剂）基本组份①粘合剂可增塑的热塑性大分子：由棉纤维、木纤维等酯化得到的硝化纤维素（棉纤维硝酸酯－硝化棉NC）。问题：热稳定性、敏感性，玻璃化温度较高，工艺性、环保性等。采用键合剂等功能材料，无法解决NC的本质问题。可固化交联反应形成弹性体的热固性高分子：聚氨酯、聚丁二烯（端羟基HTPB、端羧基CTPB）、聚醚等。聚醚聚氨酯与NC一样可以被硝酸酯增塑，也可形成三维网络的弹性体，力学性能好，可充填70%～80%的高能固体组份。在高分子上引入含能基团的粘合剂：含有叠氮基的聚叠氮缩水甘油醚（GAP）作为推进剂