中國工程物理研究院研究了不同氣氛和壓力下微納米硼的激光點火和燃燒特性

硼作為添加劑燃料在含能材料中有潛在的應(yīng)用。為了解不同尺度硼的燃燒機(jī)理，中國工程物理研究院化學(xué)材料研究所采用激光點火燃燒實驗系統(tǒng)，研究了不同壓力（0.4，0.8，1.2 MPa）和不同氣氛（60% O2+40% N2、80% O2+20% N2和10% O2）下微納米硼的點火和燃燒特性。獲得了不同條件下點火和燃燒的演化圖像和特征參數(shù)，討論了氣氛和壓力對微納米硼的點火和燃燒特性的影響。同時，用X 射線衍射和場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察了凝聚燃燒產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)和形貌，用EDS 分析了微觀區(qū)域的成分。結(jié)果表明，微米級硼的燃燒相對緩慢，而納米級硼的燃燒加劇，在0.8 MPa 和1.2 MPa 的純氧中觀察到類爆燃現(xiàn)象。納米B 的點火延遲時間、燃燒時間和最高火焰溫度均小于微米B，而納米B 的最大特征光譜強(qiáng)度更強(qiáng)。此外，微米級B 的冷凝燃燒產(chǎn)物中存在B2O3、B6O 和BN，但納米級B 的產(chǎn)物中僅檢測到B2O3，且納米級B 觀察到產(chǎn)物團(tuán)聚?？傊{米級B 在點火和燃燒特性方面比微米級B 具有顯著的優(yōu)勢。

源自：Song Q，Cao W，Wei X，et al. Laser ignition and combustion characteristics of micro-and nano-sized boron under different atmospheres and pressures［J］. Combustion and Flame，2021，230：111420.

北京理工大學(xué)研究了納米鋁對黑索今基含鋁炸藥爆轟特性和金屬加速的影響

納米鋁粉有望同時提高炸藥的總能量和金屬加速能力。然而，納米鋁與爆轟產(chǎn)物反應(yīng)的近爆轟區(qū)效應(yīng)仍不清楚。北京理工大學(xué)通過爆速測試、爆壓測試、炸藥/窗口界面速度測試和約束板推進(jìn)測試等多種實驗，全面研究了170 nm 鋁與黑索今炸藥的整體反應(yīng)過程及其對爆轟特性、爆轟反應(yīng)區(qū)和金屬加速能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)170 nm 鋁含量為0%～15%時，鋁每增加5%會導(dǎo)致爆速降低約1.3%。錳銅壓力計測量顯示爆壓沒有明顯增加。RDX/Al/wax 80/15/5 炸藥的爆轟反應(yīng)時間和反應(yīng)區(qū)長度分別為64 ns 和0.47 mm，分別比黑索今/蠟95/5炸藥（57 ns 和0.39 mm）高14%和8%。炸藥/窗口界面速度曲線表明，170 nm 鋁主要與爆轟前沿后的黑索今爆轟產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。對于推板試驗，RDX/Al/wax 80/15/5 炸藥加速的最大板速和板加速時間分別比RDX/LiF/wax 80/15/5 炸藥高12%和2.9 ms，說明鋁反應(yīng)能顯著增加炸藥的金屬加速時間和能力。用JWLM 炸藥狀態(tài)方程進(jìn)行的數(shù)值模擬表明，當(dāng)爆轟產(chǎn)物膨脹到初始體積的2 倍時，超過80%的鋁已經(jīng)反應(yīng)，這意味著非常高的反應(yīng)性。這些結(jié)果對于清楚了解納米鋁在含鋁炸藥發(fā)展中的反應(yīng)機(jī)理具有重要意義。

源自：Liu D，Zhao P，Chan S H Y，et al. Effects of nano-sized aluminum on detonation characteristics and metal acceleration for RDX-based aluminized explosive［J］. Defence Technology，2021，17（2）：327-337.

南京理工大學(xué)研究了Al、B、MgH2等金屬粉末對燃料空氣炸藥爆炸的影響

南京理工大學(xué)為了提高燃料空氣炸藥（FAE）的能量水平，在主要由乙醚和硝酸異丙酯組成的液體燃料中加入Al、B、MgH2等高能金屬粉末。利用高速攝像、壓力測試系統(tǒng)和紅外熱像儀研究了FAE 金屬粉末的爆炸特性和反應(yīng)機(jī)理。用硼或氫化鎂代替30%的鋁粉后，混合物的沖擊波壓力進(jìn)一步增加。硼的高熱燃燒和氫化鎂釋放的氫能有效地提高混合物的爆炸效果。硼爆炸性能的提高優(yōu)于氫化鎂。結(jié)果表明，在液體燃料中添加高能金屬粉末可以有效改善FAE 的爆炸性能。該研究為我們提供了一種增強(qiáng)FAE 爆炸效應(yīng)的方法。

源自：Wang Y，Liu Y，Xu Q，et al. Effect of metal powders on explosion of fuel-air explosives with delayed secondary igniters［J］. Defence Technology，2021，17（3）：785-791.

美國伊利諾伊大學(xué)研究了4Al/B2O3、4Al/BiF3納米材料在沖擊壓縮下的快速能量釋放

金屬基活性納米材料可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)有機(jī)炸藥多兩到三倍的能量，但放熱反應(yīng)通常需要分離的燃料和氧化劑成分的擴(kuò)散混合，速度太慢，不能產(chǎn)生足夠的氣體產(chǎn)生爆炸。美國伊利諾伊大學(xué)通過間歇反應(yīng)研磨制備了4Al/B2O3和4Al/BiF3兩種納米材料，并由3 km·s-1（近似于一次強(qiáng)有力的爆炸）的撞擊速度引發(fā)，快速的能量釋放產(chǎn)生的溫度高達(dá)3200 K。在氟化物中，也觀察到體積快速增加。沖擊引起的能量釋放比加熱時的金屬基活性納米材料快幾個數(shù)量級。雖然金屬基活性納米材料粉末本身可能不會產(chǎn)生爆炸，但其結(jié)果表明，作為引爆系統(tǒng)的添加劑，它們可能會顯著提高化學(xué)炸藥的能量。

源自：Matveev S，Dlott D D，Valluri S K，et al. Fast energy release from reactive materials under shock compression［J］. Applied Physics Letters，2021，118（10）：101902.

南京理工大學(xué)研究了三種典型含能材料MH2（Mg、Ti、Zr）點火敏感性和爆炸嚴(yán)重程度

MgH2，TiH2和ZrH2是三種典型的金屬氫化物，近年來作為添加劑已逐漸應(yīng)用于復(fù)合炸藥和推進(jìn)劑中。為了評估其點火敏感性和爆炸嚴(yán)重程度，分別使用Hartmann 裝置和球形壓力容器測試點火能量和爆炸壓力。結(jié)果表明：ZrH2，TiH2和MgH2的點火敏感性逐漸提高。MgH2的爆炸壓力分別是TiH2和ZrH2的爆炸壓力的1.44 倍和1.76 倍，爆炸壓力上升速率分別是TiH2和ZrH2的3.97 倍和9.96 倍。表明MgH2的反應(yīng)活性和反應(yīng)速率均高于TiH2和ZrH2。此外，為了對點火敏感性和爆炸嚴(yán)重程度進(jìn)行深入的理論分析，通過汞壓力計和氧彈量熱法測試了ZrH2，TiH2和MgH2單位質(zhì)量的產(chǎn)氣量和燃燒熱。實驗結(jié)果表明，它們的熱穩(wěn)定性逐漸提高，導(dǎo)致點火能量逐漸增加。MgH2，TiH2和ZrH2的燃燒熱與爆炸壓力和爆炸嚴(yán)重程度試驗結(jié)果一致。通過實驗方法，豐富目前對三種典型金屬氫化物點火敏感性和爆炸嚴(yán)重程度危險性評估的認(rèn)識，為其在含能材料中應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

源自：Wu X，Xu S，Pang A，et al. Hazard evaluation of ignition sensitivity and explosion severity for three typical MH2（M=Mg，Ti，Zr）of energetic materials［J］. Defence Technology，2021，17（4）：1262-1268.

中北大學(xué)研究了Al-PTFE@TA 和Al-PTFE@TA-Fe 復(fù)合粒子的制備與性能

鋁粉表面有致密的氧化膜，降低了鋁粉的燃燒效率，提高了點火溫度。聚四氟乙烯（PTFE）的加入和球磨的使用可以有效改善鋁粉的點火和燃燒性能。然而，球磨法制備的Al-PTFE 復(fù)合材料由于PTFE 含量低，通常會限制鋁的燃燒效率。此外，Al-PTFE 顆粒表面F 元素的存在使Al-PTFE 和丁羥黏結(jié)劑產(chǎn)生界面效應(yīng)，使Al-PTFE 復(fù)合材料難以用于復(fù)合推進(jìn)劑。中北大學(xué)通過簡單的單寧酸（TA）自聚集和TA 與鐵離子的自組裝反應(yīng)，制備了具有分級核殼結(jié)構(gòu)的Al-PTFE@TA 和Al-PTFE@TA-Fe 復(fù)合材料。用掃描電鏡、X 射線光電子能譜、X 射線衍射、熱重和差示掃描量熱法對這些復(fù)合材料進(jìn)行了表征。實驗結(jié)果表明，TA 和TA-Fe 界面層的建立能有效降低Al-PTFE 復(fù)合材料在氧氣中的著火溫度。此外，在燃燒過程中，Al-PTFE@TA 和Al-PTFE@TA-Fe 比Al-PTFE 能更有效地抑制鋁的團(tuán)聚。

源自：Xiao F，Liang T. Preparation of hierarchical core-shell Al-PTFE@TA and Al-PTFE@TA-Fe architecture for improving the combustion and ignition properties of aluminum［J］. Surface and Coatings Technology，2021，412：127073.

蒙特利爾大學(xué)研究了新型納米鋁熱劑CNMs/Al/KClO4的合成與表征

蒙特利爾大學(xué)研究評估了不同碳納米材料（氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、碳納米管和碳納米纖維）對基于高氯酸鉀和納米鋁粉的納米鋁熱劑熱行為的影響。隨著碳納米材料，特別是氧化石墨烯的加入，釋放的總熱量得到改善，氧化石墨烯產(chǎn)生的燃燒熱增加最多。此外，最高分解溫度降低，這表明點火特性增強(qiáng)。這是第一次報道基于納米鋁、高氯酸鉀和碳納米材料的新型納米鋁熱劑的合成和表征。這些新型納米鋁熱劑組合物可以顯著改善燃燒和點火新能，僅添加5%的氧化石墨烯就能使燃燒熱增加200%。此外，點火溫度從545.1 ℃降低到508.7 ℃，增強(qiáng)了燃燒特性。

源自：Fahd A，Dubois C，Chaouki J，et al. Synthesis and Characterization of Tertiary Nanothermite CNMs/Al/KClO4 with Enhanced Combustion Characteristics［J］. Propellants，Explosives，Pyrotechnics，2021，46（6）：995-1005.

陸軍工程大學(xué)大學(xué)研究了多金屬氫化物對PTFE/Al/XH2活性材料力學(xué)響應(yīng)和沖擊損傷特性的影響

金屬氫化物作為添加劑可提高PTFE/Al 體系的反應(yīng)能和破壞效果。陸軍工程大學(xué)為了比較多金屬氫化物對材料性能的影響，制備了PTFE/Al/TiH2、PTFE/Al/MgH2和PTFE/Al/ZrH2。通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗和霍普金森壓桿試驗，研究了材料在大應(yīng)變率范圍內(nèi)的力學(xué)響應(yīng)。通過氧彈量熱儀、落錘實驗和沖擊損傷實驗，系統(tǒng)地研究了反應(yīng)能、反應(yīng)機(jī)理和損傷效應(yīng)。結(jié)果表明，添加10%的TiH2和ZrH2可以提高聚PTFE/Al 復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性，而MgH2對提高復(fù)合材料的力學(xué)性能起負(fù)面作用。MgH2的能量增強(qiáng)效果和能量釋放速率最強(qiáng)。由于TiH2的產(chǎn)氣率最高，所以TiH2是延長反應(yīng)時間和增強(qiáng)靶擴(kuò)孔效果的最有效添加劑。

源自：Wu J，Huang J，Zhang J，et al. Effect of multi-metal-hydrides on mechanical response and impact damage characteristics of PTFE/Al/XH2 reactive material［J］. Journal of Energetic Materials，2021：1-21.