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《超細(xì)含能材料制備方法的對(duì)比研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、1引言含能材料及其在武器系統(tǒng)中的應(yīng)用是國(guó)防科技的核心，是武器彈藥具備高性能的重要基礎(chǔ)。高性能武器彈藥的發(fā)展對(duì)含能材料的綜合性能要求越來(lái)越高,更強(qiáng)大的功效性能、能量釋放的高度可控性、鈍感和環(huán)境友好是要求的4個(gè)主要方面，而傳統(tǒng)含能材料難以滿足這些要求，這是口前含能材料界面臨的普遍性問(wèn)題。一些專家認(rèn)為發(fā)展新型的先進(jìn)含能材料是解決問(wèn)題的根本出路，在各種新型含能材料的探討和研究中，含能材料的“納米化”技術(shù)思路日益為人們所認(rèn)識(shí)和了解，超細(xì)含能材料的概念止逐步形成，其探索實(shí)踐止深入發(fā)展。2001年4月，美國(guó)化學(xué)會(huì)召開(kāi)了主題為“納米材料的國(guó)防應(yīng)用”的
2、第21屆全國(guó)會(huì)議,探討的四個(gè)專題之一就是“納米含能材料”。傳統(tǒng)禽能材料按氧化劑與燃料的結(jié)合方式通常分為兩種：（1）氧化劑和燃料基團(tuán)結(jié)合——分散尺度處丁?原子、分子水平的單質(zhì)含能材料，這類含能材料主要以單質(zhì)炸一藥、含能黏合劑和增塑劑為代表，往往是各種實(shí)際應(yīng)用復(fù)合含能材料的關(guān)鍵原材料,單質(zhì)含能材料是氧化性基團(tuán)與還原性燃料基團(tuán)在原子分子水平的組裝休系；（2）氧化劑和燃料組分結(jié)合一一分散尺度處于宏觀（微米級(jí)）物理狀態(tài)的復(fù)合含能材料（如含鋁混合炸藥和復(fù)合推進(jìn)劑等），主要由單質(zhì)含能材料、燃料、氧化劑以及其它功能組分通過(guò)常規(guī)物理方式混合后制造成型，
3、是可用氧化劑和燃料組分在宏觀尺度上混合（紐?裝）的復(fù)合體系，主要應(yīng)用于各種含能裝置系統(tǒng)。因受到物質(zhì)分子化學(xué)穩(wěn)定性和合成方法的限制，目前單質(zhì)含能材料難以達(dá)到理想的氧/燃組合及平衡，其密度也難有進(jìn)一步提高，其能量密度的最高值僅為12kJ/cm3,但單質(zhì)含能材料中氧化性和還原性基團(tuán)的分散均勻性最高，達(dá)到了微觀的原子■分子水平。其能量釋放過(guò)程及釋放速率由其化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)所控制，與氧化劑/燃料間質(zhì)量傳遞過(guò)程無(wú)關(guān)（反應(yīng)發(fā)生在分了內(nèi)）,能最大限度的發(fā)揮其固有的威力。復(fù)合含能材料通過(guò)合理配方可達(dá)到理想的氧■燃平衡，其密度也可以很接近單質(zhì)含能材料，其最
4、大可能的理論能量密度較單質(zhì)含能材料高近一?倍（達(dá)23kJ/cm3）,但復(fù)合含能材料中主要組分（氧化劑、燃料）的分散均勻性處于微米級(jí)，其能量釋放過(guò)程除了與其配方組分所固有的性質(zhì)有關(guān)外，主耍還受氧化劑/還原劑間的質(zhì)量傳遞過(guò)程所制約,所以實(shí)際做功時(shí)，目前復(fù)合含能材料的能量釋放速率和效率一般都不能達(dá)到單質(zhì)含能材料的水平，其高能量密度的優(yōu)點(diǎn)并不能被充分發(fā)揮出來(lái)。Simpson認(rèn)為,含能材料領(lǐng)域一直存在一對(duì)難以調(diào)和的矛盾就是——更高的能量密度對(duì)更大的威力（能量的快速、完全釋放）。綜上所述，含能材料應(yīng)具備高性能的基礎(chǔ)條件包括：（1）具有理想的氧/燃
5、組合及平衡，以達(dá)到盡可能高的能量密度⑴。（2）氧化劑/燃料結(jié)合的尺度及微觀結(jié)構(gòu)對(duì)能量釋放過(guò)程的影響要盡可能地小。含能材料能否成功應(yīng)用于武器系統(tǒng)的主要考慮因素包括功效性能（如能量密度、能量釋放速率等）長(zhǎng)期貯存安定性和對(duì)意外刺激的敏感性（鈍感彈藥特性）三個(gè)方面，近年來(lái)能量釋放的高度可調(diào)控性也越來(lái)越受到關(guān)注,傳統(tǒng)含能材料在滿足上述性能要求方面面臨巨大挑戰(zhàn)。在固體推進(jìn)劑方面，當(dāng)今和將來(lái)應(yīng)用主要提出了高能、提高燃速和燃速可調(diào)性、力學(xué)性能好、低特征信號(hào)、鈍感等要求，而目前推進(jìn)劑領(lǐng)域調(diào)控這些性能的常規(guī)技術(shù)手段難以滿足這些要求，往往還相互才盾。軍用混
6、合炸藥方面，如FI前含鋁混合炸藥在能量密度方面很有吸引力，但常規(guī)鋁粉與氧化劑之間的反應(yīng)過(guò)程制約了其能量釋放速率和效率，導(dǎo)致含鋁炸藥所具有的高能量密度不能有效釋放和可控釋放，最終影響戰(zhàn)斗部的毀傷性能。在火工品方面，高性能起爆器對(duì)含能材料裝藥提出了高起爆威力、高反應(yīng)靈敏度和靈敏度可精確調(diào)控、高安全性和高可靠性的要求，這也是傳統(tǒng)含能材料所面臨的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)含能材料面臨的這些問(wèn)題，目前己形成的一個(gè)普遍認(rèn)識(shí)，即這些問(wèn)題具有本質(zhì)上的一致性，可歸結(jié)到含能材料的能量釋放（動(dòng)力學(xué)）方面，與含能材料能量釋放過(guò)程中的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程密切和關(guān)。因此,目前要解決的
7、重大基礎(chǔ)問(wèn)題就是在更小的尺度范圍內(nèi)了解其功效發(fā)揮（能量釋放）過(guò)程的本質(zhì)特性，并發(fā)現(xiàn)和利用這些特性來(lái)調(diào)控含能材料的性能。對(duì)于含能材料氧化劑與燃料組分（基團(tuán)）間的分散■結(jié)合尺度而言,單質(zhì)含能材料所具有的分子-原子級(jí)無(wú)疑是最理想的，但理論和實(shí)踐證明，耍實(shí)現(xiàn)各種理想氧燃比下的氧化劑?還原劑的分了?原了水平組裝是不現(xiàn)實(shí)的。復(fù)合含能材料領(lǐng)域的大量實(shí)踐也表明，常規(guī)工藝（物理混合）下組分間的結(jié)合尺度大都在微米級(jí)以上（均質(zhì)火藥是個(gè)例外），不能達(dá)到更小的尺度。因此，含能材料氧化劑與燃料的納米級(jí)（1?100nm）尺度組裝（超細(xì)化）自然就在人們的考慮之中，由
8、此產(chǎn)生了含能材料的“納米化”技術(shù)思路,該思路在物質(zhì)基礎(chǔ)層面為含能材料具備高性能提供了理論上的保證。Simpson認(rèn)為，釆用氧化劑與燃料組分的納米級(jí)的復(fù)合（組裝），可以實(shí)現(xiàn)高能量密度與高威力（能量釋放速率和效率）兩種性能優(yōu)
