含能材料燃烧过程中热分解化学的研究进展

从模拟燃烧条件、组分相互作用、组分物理状态、分析测试技术等几方面介绍了含能材料燃烧过程中热分解化学研究近几年来的最新进展。着重介绍燃烧热分解中的基元反应对建立推进剂燃烧新型模型的重要性、氧化剂和黏合剂及催化剂之间的相互作用、氧化剂的黏度和相态变化对燃烧和热分解过程的影响。     

镁基储氢材料在含能材料中的应用

根据化学结构不同将镁基储氢材料分为镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物3类,分别介绍了3类镁基储氢材料在含能材料中应用的研究进展;分析了镁基储氢材料在含能材料中的应用前景和存在的问题;介绍了计算机模拟技术在研究镁基储氢材料对推进剂热分解影响中的应用情况。结果显示,镁基储氢材料能够通过促进含能材料的热分解过程提升其能量水平,同时其较高的热稳定性有利于改善含能材料组分的相容性和安定性。镁基储氢合金氢化物、氢化镁和镁基配位氢化物均可显著提高固体推进剂和炸药的应用性能。因此,镁基储氢材料在含能材料领域具有广阔的应用前景。附参考文献47篇。     

石墨烯在含能材料中的应用研究进展

从石墨烯及其复合物催化剂、石墨烯添加剂和石墨烯及其复合含能材料等3个方面,介绍了近年来石墨烯在含能材料应用方面的最新研究进展。认为石墨烯及其复合催化剂对推进剂含能组分具有明显的催化作用;添加石墨烯后,推进剂燃烧及力学性能得到改善;氧化石墨烯及石墨烯构成的钝感剂可降低含能材料的机械感度;石墨烯及其复合物含能材料具有优异的性能,更大的能量释放率。提出了石墨烯在含能材料领域的发展方向和应用前景。附参考文献42篇。     

含氟化合物在含硼含能材料中的应用研究进展

概述了硼颗粒点火燃烧过程及其应用在含能材料中的不足。梳理近年来关于含氟化合物改善硼颗粒点火燃烧性能的研究进展,探讨了不同含氟化合物对于提升硼颗粒点火燃烧性能的机理和效果,同时对含氟化合物改善硼颗粒点火燃烧性能的研究提出展望。     

纳米复合含能材料的研究进展

综述了纳米复合含能材料的研究进展,通过对不同种纳米复合含能材料的制备工艺、力学性能、化学性能的分析,说明纳米复合含能材料能有效地降低炸药的感度,提高力学性能、安全性能和稳定性,改善其表面形貌、流散性和包覆效果。同时指出了纳米复合含能材料在制作工艺、应用推广、技术支持上存在不足;对其稳定性、相容性、性能表征和反应机理等方面的研究有待进一步探索。     

金属-氟聚物机械活化含能材料的研究进展

从金属-氟聚物机械活化含能材料(MAECs)的最新发展出发,介绍了金属-氟聚物的能量特性,分析了该类材料的能量优势及释能机理;总结了微米级金属-氟聚物的典型缺点为组分间的扩散距离较大导致的能量释放速率低;对比了纳米铝粉的使用、反应材料微器件的设计、机械活化处理等能量释放速率调节方法,分析了机械活化工艺的优越性;综述了金属-氟聚物机械活化含能材料在机械活化工艺、反应机制、爆轰性能及其应用方面的研究状况;评述了金属-氟聚物机械活化含能材料的研究现状和不足,对未来的发展趋势进行了展望。附参考文献64篇。     

新型含能材料的研究进展

介绍了高能量密度化合物、分子间亚稳态物质、纳米结构材料等新型含能材料的研究概况以及HM X球形化和纳米结构含能复合材料方面的研究进展。研究证实,高能低感炸药得到长足发展和广泛应用,非CHNO类高能量密度材料仍处于理论探索阶段,不敏感弹药主装药中现有单质高能炸药的晶体品质得到很大提高,纳米多孔硅/硝酸盐复合材料具有较强的爆炸性质,是一类值得关注的新型含能材料。研究也获得了装填RDX纳米线的碳纳米管有序阵列,建议在新型复合含能材料方面展开广泛深入的研究。     

叠氮类含能粘合剂研究进展

粘合剂含能化是火炸药未来的发展方向,叠氮类粘合剂是含能粘合剂中的典型代表。该文主要从热塑性含能粘合剂和热固性含能粘合剂两方面综述了近5年叠氮类粘合剂研究进展,并对该类粘合剂的发展趋势和应用前景进行了展望。     

含能增塑剂研究进展

按含能基团的不同对目前文献报道的多种含能增塑剂进行分类介绍 ,并对其性能和合成方法进行评述     

5,5′-偶氮四唑过渡金属含能配合物对RDX和HMX热分解行为的影响

用DSC研究了5种5,5′-偶氮四唑过渡金属配合物MATZ(H2O)n(M=Mn,Ni,Zn,n=6;M=Co,Pb,n=3;ATZ=5,5′-偶氮四唑离子)对RDX和HMX热分解行为的影响。用分解峰温、热爆炸临界温度等特征参数评价了含配合物的二元混合物与纯组分的热分解行为。结果表明,配合物对RDX的影响大于对HMX的。含配合物的二元混合物的热分解行为与纯组分的热分解行为类似,配合物的分解影响了RDX和HMX的热分解特征参数。     

ETPE发射药的热分解特性与燃烧机理

通过DSC、PDSC分析了点火延迟时间长及难点火ETPE发射药燃烧过程中的热分解特性。用中止燃烧实验装置、SEM电镜观察研究了ETPE发射药燃烧表面的形貌变化及燃烧规律。结果表明,ETPE发射药热分解过程主要由其配方中含能添加剂RDX的热分解过程决定,RDX组分与含能黏结剂BAMO/AMMO聚合物体系之间的燃烧不同步性是造成ETPE发射药点火燃烧性能不佳的主要原因。根据ETPE发射药燃烧过程的特点,归纳出该类发射药的燃烧机理。     

Thermal Decomposition and Combustion of Ammonium Dinitramide (Review)

A comprehensive review of thermal decomposition and combustion of ammonium dinitramide (ADN) has been conducted. The basic thermal properties, chemical pathways, and reaction products in both the condensed and gas phases are analyzed over a broad range of ambient conditions. Detailed combustion-wave structures and burning-rate characteristics are discussed. Prominent features of ADN combustion are identified and compared with other types of energetic materials. In particular, the influence of various condensed- and gas-phase processes in dictating the pressure and temperature sensitivities of the burning rate is examined. In the condensed phase, decomposition proceeds through the mechanisms ADN → NH₄NO₃ + N₂O and ADN → NH₃ + HNO₃ + N₂O, the former mechanism being the basic one. In the gas phase, the mechanisms ADN → NH₃ + HDN and ADN → NH₃ + HNO₃ + N₂O are prevalent. The gas-phase combustion-wave structure in the range of 5–20 atm consists of a near-surface primary flame followed by a dark-zone temperature plateau at 600–1000°C and a secondary flame followed by another dark-zone temperature plateau at 1000–1400°C. At higher pressures (60 atm and above), a final flame is observed at about 1800°C without the existence of any dark-zone temperature plateau. ADN combustion is stable in the range of 5–20 atm and the pressure sensitivity of the burning rate has the form r _b = 20.72p ^0.604 [mm/sec] (p = 0.5–2.0 MPa). The burning characteristics are controlled by exothermic decomposition in the condensed phase. Above 100 atm, the burning rate is well correlated with pressure as r _b = 8.50p ^0.608 [mm/sec] (p = 10–36 MPa). Combustion is stable, and intensive heat feedback from the gas phase dictates the burning rate. The pressure dependence of the burning rate, however, becomes irregular in the range of 20–100 atm. This phenomenon may be attributed to the competing influence of the condensed-phase and gas-phase exothermic reactions in determining the propellant surface conditions and the associated burning rate. __________ Translated from Fizika Goreniya i Vzryva, Vol. 41, No. 6, pp. 54–79, November–December, 2005.     

Pb-TKX-50燃烧催化剂的合成及热分解性能

以二氯乙二肟、二甲基甲酰胺、叠氮化钠、盐酸羟胺和硝酸铅等为原料,合成了1,1-二羟基-5,5′-联四唑羟胺铅盐(Pb-TKX-50)燃烧催化剂,研究了Pb-TKX-50对推进剂机械感度的影响以及与推进剂组分的相容性;利用差示扫描量热法和热重法研究了Pb-TKX-50在不同升温速率下的热分解过程,计算其表观活化能(E K和E O)和指前因子(A K),得到其热分解动力学参数、热分解机理函数、热爆炸温度和热力学性质。结果表明,在推进剂配方中加入Pb-TKX-50燃烧催化剂,可以改善其撞击感度和摩擦感度,且与推进剂组分的相容性良好;Pb-TKX-50的主峰分解温度相对于TKX-50的主峰分解温度显著提高,说明其热稳定性显著提高。Ozawa法和Kissinger法得到Pb-TKX-50的表观活化能分别为181.45 kJ/mol和182.49 kJ/mol,且热分解过程符合Avrami-Erofeev方程;Pb-TKX-50的自加速分解温度和爆炸临界温度分别为500.53 K和544.33 K,表明其热稳定性良好;Pb-TKX-50催化剂的热分解自由能(ΔG^≠)为158.87 kJ/mol,活化焓(ΔH^≠)为187.03 kJ/mol,活化熵(ΔS≠)为52.98 kJ/mol。     

苦味酸碳酰肼含能配合物的制备及其对CL-20热分解的影响

用碳酰肼、苦味酸与相应的金属盐在水溶液中反应制备出苦味酸碳酰肼钴、铜、铅含能配合物Co(CHZ)4(PA)2.3H2O、Cu(CHZ)4(PA)2.4H2O和Pb(CHZ)2(PA)2.4H2O(CHZ为碳酰肼,PA为苦味酸),通过元素分析和FT-IR分析对产物进行了分子式推测。用标准方法测定了含能配合物的撞击、摩擦和火焰感度,应用DSC和TG-DTG法测试了含能配合物对CL-20热分解过程的影响。结果表明,含能配合物都能够一定程度降低CL-20的起始分解温度和峰值,用Kissinger法和Ozawa-Doyle法获得了含能配合物/CL-20混合物的第一放热分解过程的活化能Ea和指前因子A,表明含能配合物Cu(CHZ)4(PA)2和Co(CHZ)4(PA)2使CL-20的热分解活化能由原来的222.8kJ/mol降至186.6kJ/mol和183.0kJ/mol。     

含能功能化氧化石墨烯的制备、热分解行为及其对AP热分解的催化作用

为了提高氧化石墨烯(GO)对高氯酸铵(AP)热分解反应的催化活性,以GO和2,4,6-三硝基苯胺(TNA)为原料,N,N-二甲基甲酰胺、三乙胺为溶剂和酸束缚剂,合成一种新型含能功能化氧化石墨烯(EFGO);采用HRTEM、FT-IR、Raman和XPS表征了EFGO结构;采用TG-DTG和DSC分析了EFGO的热分解行为及EFGO对AP热分解反应的催化作用。结果表明,TNA通过共价键修饰至GO片层表面,其中,TNA分子中的—NH2与GO片层表面的C—O—C发生开环反应,生成C—NH键;EFGO热稳定性高,在143.8~770.0℃范围内发生了非常缓慢的失重过程,最大失重率发生在约172.1℃,整个过程失重21.2%;EFGO质量分数分别为2.5%、5%和10%时,可使AP在高温阶段的分解峰温分别降低25.6、48.0和113.1℃,表观分解放热量分别增加371、1499和2693J/g;表明EFGO对AP热分解反应的催化活性相对于GO得到显著提高,将其作为非金属含能催化剂应用于AP基固体推进剂具有潜在的应用前景。     

新型高能聚合物GAP的热分解和燃烧

简要回顾了GAP的研究历程及应用情况，介绍了有关GAP的特点及研究现状，着重阐述了GAP热分解及燃烧过程的特点，给出了目前比较先进的实验方法及手段，如色谱—质谱联用、热解质谱、分子束质谱、红外激光、紫外激光、CO2激光诱导热解等，可供进一步研究GAP参考。