張 坤，王 健，王曉峰，馮曉軍

(1.西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065；2.北京系統(tǒng)工程研究所，北京 100101)

引 言

含能材料的能量密度和安全性與武器裝備作戰(zhàn)性能密切相關(guān)，尋求高能鈍感含能化合物是現(xiàn)代含能材料領(lǐng)域研發(fā)的主要目標(biāo)，也是火炸藥重點(diǎn)發(fā)展方向[1]。六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)、環(huán)四亞甲基四硝胺(HMX，奧克托今)、三氨基三硝基苯(TATB)等傳統(tǒng)型中性有機(jī)含能化合物通常其能量與感度相互制約，合成制備路線復(fù)雜，爆炸產(chǎn)物多為氮氧化物，對環(huán)境污染較大，在一定程度上限制了其大范圍的應(yīng)用。另外，通過計(jì)算研究也表明[2]，以硝基(—NO2)為致爆基團(tuán)的CHNO類炸藥的能量極限只比HMX高約30%。相比之下，近些年合成的富氮類含能離子鹽不僅能量密度高、安全性良好、制備工藝簡單、價(jià)格低廉，而且爆炸或燃燒產(chǎn)物多為氮?dú)猓瑢Νh(huán)境友好性強(qiáng)，綜合性能良好[3-6]。2012年，德國慕尼黑大學(xué)Klap?tke團(tuán)隊(duì)[7]設(shè)計(jì)、合成了1,1′-二羥基-5,5′-聯(lián)四唑二羥胺鹽(TKX-50，國內(nèi)稱之為HATO)，含氮量59.3%，同時(shí)具備高能量、低感度的良好特性，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。苗成才等[8]總結(jié)發(fā)現(xiàn)科研人員前期工作主要是對TKX-50的放大制備，應(yīng)用方面只有少量計(jì)算研究。近幾年，隨著研究深入，TKX-50在很多方面的研究取得了進(jìn)一步突破，張朝陽等[9]綜述了TKX-50在分子合成、晶體結(jié)構(gòu)及相變、熱力響應(yīng)特性等研究進(jìn)展，對TKX-50相關(guān)的分子動力學(xué)模擬和熱分解機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)描述，但有關(guān)其應(yīng)用方面的研究只進(jìn)行了簡單概括，并沒有詳細(xì)總結(jié)TKX-50在火炸藥應(yīng)用體系中與傳統(tǒng)硝銨炸藥的區(qū)別和優(yōu)勢，以及應(yīng)用中存在的問題及原因、發(fā)展方向、研究重點(diǎn)等。

本文概括了TKX-50化合物的合成與制備、材料自身特性(其中包括晶體特性、力學(xué)性能等)，重點(diǎn)總結(jié)了TKX-50化合物性能改進(jìn)、與其他材料相容性以及在火炸藥中的應(yīng)用特性等方面的研究現(xiàn)狀，并對以其為代表的富氮類含能離子鹽有不同方面的認(rèn)知，最后歸納總結(jié)了TKX-50的應(yīng)用優(yōu)勢和存在問題，展望了其未來發(fā)展方向及研究重點(diǎn)。

1 TKX-50合成及物化特性

1.1 合成與制備

2012年，德國慕尼黑大學(xué)Klap?tke課題組[7]首次報(bào)道合成了TKX-50，由于合成工藝比較復(fù)雜，難以放大。國內(nèi)趙廷興等[10]進(jìn)行了50g量級制備放大工藝研究，重點(diǎn)考察了制備TKX-50過程中的投料比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等工藝條件對反應(yīng)收率的影響，最終確定合適的條件使總產(chǎn)率達(dá)到41.5%。南京理工大學(xué)陸明等[11]對1,1′-二羥基-5,5′-聯(lián)四唑含能離子化合物的合成工藝進(jìn)行了研究，其中對TKX-50的合成放大工藝進(jìn)行了探索，采用分步法和一鍋法合成TKX-50量級達(dá)到了100g，但是，這兩種方法的產(chǎn)率都不穩(wěn)定，有待進(jìn)一步提高。朱周朔等[12-15]對TKX-50的合成方法、工藝進(jìn)行改進(jìn)，確定了其成環(huán)最佳條件，并且在工藝方面，以DMF和丙酮為溶劑分別經(jīng)由疊氮，成環(huán)、成鹽、復(fù)分解反應(yīng)四步一鍋法及疊氮化、成環(huán)、中和三步一鍋法合成TKX-50，分別獲得93%和87%的產(chǎn)率，使得TKX-50具有了一定規(guī)模的生產(chǎn)制備條件。

1.2 晶體特性

TKX-50晶體是一種主要由氫鍵以及其他多種相互作用連接的層狀結(jié)構(gòu)，晶體中分子間氫鍵對TKX-50穩(wěn)定性影響具有兩面性：一方面，由于很強(qiáng)的氫鍵作用導(dǎo)致分子陰陽離子呈層狀排列在(0 1 0)晶面上，但不同層之間的氫鍵作用很弱，當(dāng)發(fā)生撞擊時(shí)，層與層之間很容易發(fā)生滑移進(jìn)行緩沖，使TKX-50撞擊感度降低；另一方面，由于大量分子間氫鍵存在，在熱刺激作用下將促進(jìn)氫或氫離子轉(zhuǎn)移，從而加速了分解，穩(wěn)定性變差[16-18]。

1.3 力學(xué)性能

晶體力學(xué)性能包括體積模量、剪切模量、楊氏模量等，反映了晶體的力學(xué)性質(zhì)，決定了其應(yīng)用方向。余晨等[19]使用分子動力學(xué)方法從微觀尺度材料的拉伸變形對TKX-50力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，TKX-50在應(yīng)力達(dá)到最大之前，晶體結(jié)構(gòu)中分子排列保持有序，若繼續(xù)拉伸，則應(yīng)力突降，晶體斷裂。Goddard III等[20]建立了一種靈活的分子動力學(xué)反應(yīng)力場，然后利用這個(gè)力場預(yù)測了TKX-50在室溫下等溫壓縮系數(shù)為3.863×10-11m3/J，熱膨脹系數(shù)為6.48×10-5K-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RDX，這是因?yàn)殡x子鹽的晶體膨脹特性不如有機(jī)分子晶體。在巨大壓力作用下晶體性能可能發(fā)生很大改變。Abraham等[21]計(jì)算研究了TKX-50及其同系物在高壓下的結(jié)構(gòu)行為，隨著壓力的增大，TKX-50晶體的彈性模量比其他以1,1′-二羥基二水合物(BTO)為框架主體的含能離子鹽大，表現(xiàn)出堅(jiān)硬的自然特性。

通過加入少量黏結(jié)劑能夠顯著改善TKX-50晶體的力學(xué)性能。表1為TKX-50、典型含能化合物和TKX-50基PBX的力學(xué)性能對比，可以看出，TKX-50的延展性介于RDX和HMX之間，添加聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氯三氟乙烯(PCTFE)后顯著提高了其延展性。另外，Yu等[26]采用分子動力學(xué)模擬研究發(fā)現(xiàn)，使用聚乙二醇(PEG)能夠改善TKX-50基PBX的塑性；Chen等[27]計(jì)算表明，聚縮水甘油醚硝酸酯(PGN)在TKX-50表面上呈現(xiàn)蜷曲現(xiàn)象，難以結(jié)合，而PEG和聚四氫呋喃(poly-THF)能夠在TKX-50表面伸展開，相容性良好，可用來改善TKX-50力學(xué)性能。由于TKX-50中極性四唑環(huán)和帶正電性的NH3OH+使得TKX-50與縮水甘油疊氮聚醚(GAP)之間存在著大量分子間氫鍵和范德華力，表現(xiàn)出更強(qiáng)的黏附能，Zhao等[28]通過對TKX-50、HMX與GAP之間的界面張力和動、靜態(tài)力學(xué)性能等研究，發(fā)現(xiàn)TKX-50(0 1 1)晶面與GAP的結(jié)合能強(qiáng)于HMX，且TKX-50/GAP復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能也展現(xiàn)出更好的抗張強(qiáng)度、初始模量以及更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有望大幅提升GAP基推進(jìn)劑的性能。

表1 TKX-50、TKX-50基PBX和典型含能化合物力學(xué)性能的對比[22]Table 1 Mechanical properties comparison of TKX-50,TKX-50 based PBX and typical energetic compounds

1.4 熱分解性能

圖1 TKX-50在不同溫度和壓力下的熱分解行為Fig.1 Thermal decomposition behavior of TKX-50 at different temperatures and pressures

在熱刺激作用下，氧化劑、催化劑等組分可能改變TKX-50分解反應(yīng)歷程，將促進(jìn)或延遲其分解時(shí)間、改變分解活化能等，這對TKX-50在推進(jìn)劑或混合炸藥中的應(yīng)用具有一定參考價(jià)值。王曉峰等[36]研究了AP對TKX-50熱分解影響機(jī)制，認(rèn)為AP與TKX-50在熱刺激作用下發(fā)生了強(qiáng)烈相互作用，并且AP能夠提高TKX-50熱分解溫度，但不影響其分解完全性。Zhao等[37]研究了熱作用下TKX-50與HMX等含能化合物相互作用，發(fā)現(xiàn)HMX能夠使TKX-50熱分解兩個(gè)階段的峰溫分別降低4℃和15℃，但二者混合后最終分解不完全，殘余率為11%，影響了TKX-50能量釋放。趙鳳起等[38-40]制備了納米金屬鐵氧化物復(fù)合材料進(jìn)行催化TKX-50，DSC結(jié)果表明催化劑具有良好的催化性能，大幅度降低了TKX-50分解閾值。Hu等[41]制備的1T/2H-MoS2多相異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)催化劑能使TKX-50熱分解溫度從250.8℃提至198.5℃，活化能從220.07kJ/mol降低到133.04kJ/mol，大幅促進(jìn)了TKX-50分解和能量釋放，減少和優(yōu)化點(diǎn)火延遲，推動其在推進(jìn)劑中的應(yīng)用。

含能材料熱分解過程中具有質(zhì)量尺度效應(yīng)，不同量級的實(shí)驗(yàn)樣品所得測試結(jié)果具有一定差異。Tan等[42]采用微量熱計(jì)(C600)對TKX-50進(jìn)行了動態(tài)加熱，并和DSC微量法測試結(jié)果進(jìn)行比較，熱分析軟件(AKTS)計(jì)算表明TKX-50在微量熱計(jì)中分解溫度和分解焓比DSC法得到的更高，但是分解活化能卻比較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明TKX-50第一階段熱分解具有自催化性質(zhì)，因此，為了進(jìn)一步降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)和貯存中，禁止將大量TKX-50存放在絕熱環(huán)境中，并且要熱源遠(yuǎn)離。

2 TKX-50材料改性

含能化合物因具有感度高、能量低、難以成型等問題，很難被直接應(yīng)用，為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，通常會對其進(jìn)行改性處理。常用的改性手段有：直接對晶體進(jìn)行處理得到微納米尺寸或球形結(jié)構(gòu)；采用組合或組裝技術(shù)形成復(fù)合物。圖2為采用不同手段對TKX-50改性前后的對比圖。

圖2 TKX-50改性前后的掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of TKX-50 before and after modification

晶體的形貌、規(guī)則程度、粒度等對于含能化合物性能有巨大影響，對于同一種化合物不同晶形而言，能量和感度也不相同，對含能化合物進(jìn)行重結(jié)晶、機(jī)械球磨、粉碎等處理使其納米化、球形化能在一定程度上改善其應(yīng)用性能。米向超等[43-45]考察了實(shí)驗(yàn)過程中多種因素對TKX-50結(jié)晶過程的影響，并結(jié)合TKX-50晶體生長特點(diǎn)以及結(jié)晶熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)，確定了TKX-50球形化最佳條件。畢福強(qiáng)等[45]采用降溫法、溶劑-非溶劑法等重結(jié)晶工藝獲得TKX-50粒度范圍是1～50μm，當(dāng)反溶劑為氯仿時(shí)，可得最小粒徑達(dá)2.8μm，并且晶體表面光滑、形狀趨于球型，應(yīng)用潛力巨大。Jiao等[46]基于液體中介質(zhì)在蒸發(fā)干燥過程中發(fā)生自組裝聚集原理制備了具有分層框架微觀結(jié)構(gòu)的納米TKX-50，大幅度降低了TKX-50粒度，提高了反應(yīng)性，但同時(shí)撞擊感度有了部分升高。為了進(jìn)一步提高納米TKX-50安全性，姜煒等[47]采用機(jī)械球磨法和真空冷凍干燥技術(shù)制備了形貌呈類球形的納米TKX-50，平均粒徑為72.6nm，顆粒大小均勻，且引入雜質(zhì)極少，與工業(yè)微米級TKX-50相比，熱穩(wěn)定基本不變，安定性和安全性得到了一定提高。

通過采取溶劑法、結(jié)晶法等技術(shù)手段并結(jié)合仿真模擬將含能化合物與其他材料進(jìn)行復(fù)合也能實(shí)現(xiàn)TKX-50改性目的。Chen等[48]在不同溫度下，采用分子動力學(xué)方法模擬建立了TKX-50/RDX共晶，計(jì)算表明共晶炸藥感度低，熱力學(xué)穩(wěn)定性良好，并且共晶的剛性、硬度有所降低，延展性得到了提高，具有很好的機(jī)械性能。Jiang等[49]通過溶劑-非溶劑法制備了季戊四醇四硝酸酯(PETN，太恩)/TKX-50共晶復(fù)合物，產(chǎn)物粒度為1μm左右，熱分解實(shí)驗(yàn)表明共晶的活化能相比原材料得到提升，顯示了更好的穩(wěn)定性；另外，共晶復(fù)合物爆速優(yōu)于RDX，具有良好的應(yīng)用前景。葛忠學(xué)等[50]通過中和反應(yīng)，采用原位結(jié)晶法在CL-20水懸浮液中制備了CL-20/TKX-50復(fù)合物樣品，成功將TKX-50包覆在CL-20晶體表面；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TKX-50/CL-20復(fù)合物特性落高為44.7cm，撞擊爆炸概率為52%，摩擦爆炸概率為76%；理論爆速為9516m/s，能量與CL-20相當(dāng)，但感度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CL-20。因此，將TKX-50與其他材料進(jìn)行復(fù)合改性，能較大程度改變TKX-50的熱穩(wěn)定性、安全性以及爆轟性能，提升了其在火炸藥配方中的應(yīng)用。

3 TKX-50與其他組分的相容性

火炸藥的配方中很少使用單一的含能化合物，含能化合物與其他組分產(chǎn)生不相容反應(yīng)可能會加速老化或者改變其穩(wěn)定性，因此，TKX-50與其他常用材料的相容性決定了其應(yīng)用范圍。畢福強(qiáng)等[51]采用真空安定性試驗(yàn)(VST)研究了TKX-50與復(fù)合改性雙基(CMDB)推進(jìn)劑組分硝化棉(NC)、硝化甘油(NG)、吉納(DINA)、RDX等材料的相容性。結(jié)果表明，TKX-50與NC/NG、DINA不相容，與RDX中等反應(yīng)，與NC相容。黃海峰等[52]利用DSC方法研究了TKX-50與NC、NC/NG、DNAN、TNT、RDX、AP、HNE、HMX、CL-20、GAP、Al、硼粉等相容性，結(jié)果見表2。DSC結(jié)果表明，根據(jù)相容性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表3)[53]，TKX-50與大多數(shù)常用材料輕度不相容，這可作為TKX-50應(yīng)用過程中的參考。然而，不管DSC法還是VST法都不能作為單一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)去判斷TKX-50能否被應(yīng)用，原因是每種方法側(cè)重點(diǎn)不同，在實(shí)際應(yīng)用過程中需考慮具體應(yīng)用對象，將幾種方法同時(shí)使用，綜合比較，作出較為準(zhǔn)確的判斷[54]。

表2 TKX-50與其他組分混合物放熱峰溫Table 2 The exothermic peak temperatures of TKX-50 with other component mixtures

表3 常用炸藥相容性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Commonly used explosives compatibility evaluation standard

4 TKX-50的應(yīng)用特性

4.1 爆炸性能

TKX-50合成以來，其爆炸能量同樣受到了科研人員廣泛關(guān)注。Klap?tke團(tuán)隊(duì)[7]采用EXPLO5.05首次計(jì)算了TKX-50的爆炸性能，理論爆速為9698m/s，大于CL-20，爆壓為42.4GPa，高于HMX。Gottfried等[55]通過構(gòu)建圓筒試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算比較了TKX-50與RDX、HMX的能量，結(jié)果表明TKX-50能量高于RDX，在某些特定情況下，能量與HMX相當(dāng)甚至高于HMX。不同方面的理論計(jì)算結(jié)果均表明TKX-50爆轟性能良好，能量密度較高[22,56]。

爆轟性能試驗(yàn)參數(shù)更能直觀反映出TKX-50的能量特征及應(yīng)用潛力，西安近代化學(xué)研究所趙省向[57-59]制備了典型TKX-50基混合炸藥，并對炸藥爆轟性能進(jìn)行了測試。表4對比了TKX-50炸藥與其他幾種炸藥的爆轟性能，可以發(fā)現(xiàn)，TKX-50基炸藥爆速高于同類型的其他炸藥；但其爆熱僅為5055J/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于HMX和CL-20，爆壓為26.4GPa、作功能力為1.377kJ/g，也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論計(jì)算值。通過分析主要爆轟產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)分子質(zhì)量相對較大的分子(CO2、CH2O2)占比僅為1.9%，可見TKX-50爆轟產(chǎn)物主要集中在小分子，而小分子產(chǎn)物質(zhì)量輕，這可能是TKX-50作功能力偏低的原因之一。在水下爆炸方面，Klap?tke等[60]研究了TKX-50與HMX、CL-20等含能化合物水下爆炸能量，并對比試驗(yàn)用量0.2、0.5、0.7g時(shí)的沖擊波能和氣泡能變化趨勢，結(jié)果表明，當(dāng)試樣質(zhì)量增加到0.7g時(shí)，TKX-50氣泡能與RDX、HMX相當(dāng)，但沖擊波能始終低于二者，且差距沒有明顯減小。Zhao等[61]研究發(fā)現(xiàn)TKX-50比動能比HMX低10%，熱爆炸實(shí)驗(yàn)表明，TKX-50分解的主要產(chǎn)物是N2(63.74%)、CO(15.42%)、H2(12.58%)、CO2(4.59%)、NO(1.07%)、N2O(0.83%)，可燃性氣體產(chǎn)物H2和CO含量少于HMX，所以TKX-50爆炸熱值更低，直接導(dǎo)致了其比動能低。另外，也說明了以TKX-50為代表的富氮含能離子鹽的分子結(jié)構(gòu)中無傳統(tǒng)含能基團(tuán)—NO2，釋能方式不是依靠氧化還原反應(yīng)，而是主要以氮氮高能鍵的斷裂釋放能量，表現(xiàn)較高的爆速并產(chǎn)生大量綠色氣體N2，因此，關(guān)于TKX-50類含能化合物釋能方法和爆轟機(jī)理的不同需要在TKX-50應(yīng)用過程中加以關(guān)注和考慮。

表4 TKX-50炸藥與其他幾種炸藥爆轟性能對比Table 4 The detonation performance of TKX-50 compared with other explosives

4.2 燃燒性能

TKX-50是典型富氮類含能化合物，其在燃燒時(shí)能產(chǎn)生大量氮?dú)?，環(huán)境友好性強(qiáng)，而且比沖值比較高，在推進(jìn)劑中有望替代RDX、HMX等傳統(tǒng)含能材料。畢福強(qiáng)等[62]采用最小自由能法計(jì)算了不同壓強(qiáng)下TKX-50化合物作為單元推進(jìn)劑的性能及其在標(biāo)準(zhǔn)條件下替代HMX推進(jìn)劑配方的性能，結(jié)果表明，在1～10MPa下TKX-50具有較低燃燒溫度、較高特征速度和高于HMX的比沖，且燃燒產(chǎn)物平均相對分子質(zhì)量較低；用于復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑配方中，不僅提高了比沖，而且有效降低了火箭發(fā)動機(jī)排氣羽流中的二次煙，在固體推進(jìn)劑配方中具有潛在應(yīng)用前景。李猛等[63]計(jì)算表明，TKX-50單元推進(jìn)劑理論比沖為2623.7N·s·kg-1，是雙基推進(jìn)劑中RDX的較好替代物；當(dāng)TKX-50取代HTPB推進(jìn)劑中的AP和GAP推進(jìn)劑中的HMX和AP時(shí)，TKX-50基HTPB推進(jìn)劑和TKX-50基GAP推進(jìn)劑的理論比沖均存在能量最優(yōu)值。劉佳等[64]進(jìn)一步研究了不同含量TKX-50分別取代硝胺炸藥、AP、Al時(shí)推進(jìn)劑能量變化及含TKX-50推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)物煙霧狀況，發(fā)現(xiàn)TKX-50取代硝胺炸藥時(shí)，隨TKX-50含量增加，推進(jìn)劑密度及比沖均呈上升趨勢；取代AP時(shí)，隨TKX-50含量增加，推進(jìn)劑密度呈下降趨勢，比沖先上升后下降；取代Al時(shí)，隨TKX-50含量增加，推進(jìn)劑密度及比沖均呈下降趨勢；隨TKX-50含量增加，AP、Al含量降低，推進(jìn)劑可見光透過率、紅外光透過率、激光透過率均呈上升趨勢，從而在保證能量的同時(shí)可降低推進(jìn)劑特征信號。然而，俄羅斯學(xué)者Sinditskii等[32]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)TKX-50燃燒熱為2054kJ/mol，并由此計(jì)算TKX-50生成焓僅為111kJ/mol，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于德國人報(bào)道的理論計(jì)算值(446kJ/mol)，這可能是TKX-50的分子結(jié)構(gòu)為離子鹽，現(xiàn)有計(jì)算生成焓方法可能不適用這類體系分子，從而導(dǎo)致了巨大差別。

4.3 安全性能

火炸藥在研制、生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸和使用過程中難免會受到各種撞擊和摩擦作用、熱刺激、沖擊波作用等。因此，TKX-50安全性能參數(shù)表征具有非常重要的應(yīng)用意義。表5為TKX-50與其他炸藥安全性能對比，可以發(fā)現(xiàn)其撞擊感度和摩擦感度遠(yuǎn)低于RDX、HMX和CL-20。熱穩(wěn)定性對于實(shí)際使用中的任何爆炸物都非常重要，TKX-50化合物熱分解溫度為240℃，5s延遲爆炸溫度為277℃，此外，有研究表明[68],TKX-50基PBX炸藥絕熱至爆時(shí)間為41.07s，自催化分解溫度為184.98℃，5s延遲爆炸溫度是287.43℃，在熱刺激下的安全性能不如HMX，更不及LLM-105、TATB等耐熱炸藥，這在TKX-50應(yīng)用過程中需引起格外關(guān)注。沖擊波感度是炸藥應(yīng)用過程中評價(jià)安全性的重要參數(shù)，TKX-50沖擊波感度低于HMX甚至LLM-105等炸藥。另外，王浩等[69]對不同比例的DNTF/TKX-50混合體系的沖擊波感度變化規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，混合體系沖擊波感度在TKX-50質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到55%時(shí)有所改善，提高了混合體系穩(wěn)定性，這是TKX-50在混合炸藥中的應(yīng)用優(yōu)勢。

表5 TKX-50與其他炸藥安全性能對比Table 5 The safety performance of TKX-50 compared with other explosives

5 結(jié)束語

TKX-50作為富氮類含能離子鹽的典型代表，晶體結(jié)構(gòu)及組成與傳統(tǒng)中性有機(jī)硝銨類含能化合物明顯不同，由于其分子結(jié)構(gòu)中無傳統(tǒng)含能基團(tuán)—NO2，主要為氮氮高能鍵，釋能方式是以高能鍵斷裂釋放能量而不是氧化還原反應(yīng)，使得理論計(jì)算的生成焓、爆熱、燃燒熱等能量特性與試驗(yàn)結(jié)果有很大差異；另外，TKX-50燃燒或爆炸產(chǎn)物中氮?dú)夂空急容^高，氮氧化物和碳氧化物等氧化性氣體含量較少，導(dǎo)致其反應(yīng)熱值較低；在爆轟及安全性方面，TKX-50爆速高，機(jī)械感度和沖擊波感度低，但熱敏感性較高，這在使用過程中需要格外關(guān)注和考慮。綜合TKX-50化合物特性及目前存在問題，其未來發(fā)展方向和研究重點(diǎn)應(yīng)如下：

(1)充分挖掘以TKX-50為代表的富氮類含能離子鹽能量特性，利用此類材料特有性質(zhì)，擴(kuò)大其在火炸藥領(lǐng)域應(yīng)用范圍；

(2)考慮如何使TKX-50富氮類含能化合物中的氮氮高能鍵完全斷裂，去釋放所有的能量，并對此類化合物的釋放方法及爆轟機(jī)理進(jìn)行更深層次研究；

(3)利用納米技術(shù)、共晶等復(fù)合手段設(shè)計(jì)并制備TKX-50含能復(fù)合物，解決其熱值低、熱感度高等缺點(diǎn)，充分發(fā)揮其爆速高、機(jī)械感度和沖擊波感度低等優(yōu)點(diǎn)；

(4)重點(diǎn)補(bǔ)充與新型含能離子鹽相對應(yīng)的預(yù)測模型和評估方法，健全現(xiàn)有火炸藥燃燒或毀傷仿真模擬和能量評價(jià)體系。