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1、高能量密度材料的发展及对策董海山（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621900）摘要:使用能量比HMX更髙的炸药对武器系统的发展至关重要，但以一NO］基为致爆基团的CHNO类炸药的能量极限只比HMX高约30%°多氮化合物的能就可望比HMX提高数倍;金属氢的能疑比HMX高1~2个量级，建议开展理论和实验研究。基于核技术的超高能虽密度材料，如若研制成功，将使战略、战术武器和空间技术发生革命性变化,建议制定规划，立即开始基础性研究。关键词:髙能量密度材料；高能炸药；多氮化合物；金属氢；核向质异能素1高能炸药的合成美苏使用
2、什么炸药为主装药，在50年代、60年代是保密的。通过调研,我们认为很可能是重（0,0,0-三硝基乙基硝基）乙二胺（2号炸药）和环四次甲基四硝胺（HMX）。因为这两个炸药的爆轰能量和其他性能在当时是最好的O其爆轰性能及与五个核大国第一颗原子弹都使用的TNT/RDX炸药对比见表1。从表1可见,HMX和2号炸药加速金属的能力分别。2学嘗比TNT/RDX提高25%和32%,2号炸药比HMX高6%。（no2）3c-ch2-n-ch2-ch2-n-ch2-c（no2）3no2CH2—N—H2CO,N—NN—NO,ICHj—N—H2Cn
3、o2(HMX)因此,我们把HMX和2号炸药作为攻关的重点，很快合成岀了这两个炸药（见表2）。仅用3年时间就完成了实验室合成工艺研究和中试，然后，陆续建厂投产。改革开放以后，我们得知，其他四个核大国的核武器中的炸药部件，用的都是HMX。在我国合成出上述新化合物若干年之后，国外才陆续发表了这些炸药的合成方法c可以说，我国炸药合成工作者曾一度处于发展的前沿。遗憾的是,这些新炸药由于各自的缺陷，都未找到实际应用。表1几种炸药的性能对比⑴炸药理论密度/g•cm'3爆速/m•s"1爆压/GPa-・维飞片比动能标准撞击感度/%摩擦感度/%
4、/kJ•gl相对值TNT/RDX40/601.7487786(p=1.684)27.0(p=1.684)&335100(Po=l-7O)440~6・HMX1.9059010(p=L877)39.0(p=1.890)10.383124.5So".86)80~10090~1002号炸药1.8708970(p=1.842)39.011.026132.3(p0=1.82)100100由于军事需求的牵引，各大国对新的高能炸药的合成工作一直也没有停止过。后来美国给高能炸药一个新的名称一高能量密度材料，即具有高能量密度的含能材料。并定义高
5、能密度材料（HEDM）是可用作炸药、火药、推进剂或火工品的高能组分的化合物。并且指出:HEDM的性能即使有很小改善，就可能显著影响武器系统的效能。例如:潜射战略导弹的射程增加10%，就会使潜艇隐蔽的海域增加数百万哩，因而会大幅提高战略武器的生存能力。因此,美国国防部把HEDM作为优先发展的国防科研的关键技术之一。2高能钝感炸药的合成在美国曾发生过多起核武器事故，造成很大的损失，所以在他们解决了核武器小型化问题之后,就把提高核武器的安全性放在首位。由于火灾等事故引起炸药的爆燃所导致的钵污染面积约为“亦，而当炸药部件遭受异常环境
6、而爆轰时，钵会分散成气溶胶，污染面积达100km2,清除其污染的费用高达5亿美元以上。为了提高炸药的安全性，美国研制成功了以三氨基三硝基苯(TATB)为主要成份的钝感炸药(IHE)。这种炸药在遭受高空坠落、撞击、子弹射击和火焰烧烤时,都不会发生爆轰，被称作木头炸药。因此，美国国会军事委员会于1978年强烈要求在以后的战略和战术核武器中，都使用IHEOTATB的钝感是由于其分子结构、晶体结构和物理化学性质决定的。•1)TATB的分子对称，无薄名称662表2我国率先合成出的几种新炸药的性能分子式NO2N/h2cch2IIO2N
7、—NN—NO2/1o2nno2II/N—CH—NO=C
8、>C=O、N—CH—NIIo2nno2密度爆速撞击感度摩擦感度/g•cm"/m■s"/%/%918.2(p°=l・895)96802.019205(Po=1・948)o2n,6、NOz」一CH"N、9H_｛、7201O—°、IIC-02.07、N_CH、CH—NIIO2NINOzNOj9361(Po=1・964)1001001188007507(O2N)2CC(NO2)2L875(Po=1-845)100100no2CH2—N—H2Cch2—n-h2c弱环节，三个一N
9、H2基的存在使C-NO2键能加强。从表3中的数据看出TATB分子中的C-NO2键长最小，键能最大，最不容易破裂。TATB分解机理多认为是C—N()2键断裂。因此,该键键能越大，越钝感。2)TATB分子中一NO?氧原子与一NH2中的氢原子生成分子内和分子间氢键，形成网络，使分子更加稳定。3)
