纳米材料改性长秒量延期药的燃烧性能实验研究(2)
延期机构提供延期的方法通常有三种形式:机械式(钟表式)、电子式和烟火式[1]。烟火式延期是利用烟火药在燃烧时的燃烧时间来提供某一确定的时间间隔，从而使装置达到传火、传爆或其它控制时间作用的目的。在用药剂燃烧控制延时情况下，延期药的性质直接关系到延期时间秒量及其精度。为了满足高科技战争对延期技术的更高要求，使药剂具有良好稳定的性质，纳米材料改性延期药为烟火式延期技术提供了崭新的新方向。
1.1 研究背景及意义
纳米材料技术是20世纪80年代诞生并迅速崛起的新科技。由于纳米材料表现出很多的优异的性能，引起了国内外火工药剂科技工作者的广泛关注，纳米材料己经被逐渐应用到火炸药的研究中[2～3]，纳米材料也因其本身特殊优异的性质及其催化性能，为现代高技术战争对含能材料的性能提出的更高要求开辟了新的研究方向。延期药的燃烧性质直接影响着武器的稳定性。通常要求燃烧产物具有良好的热力学性质，具有燃烧临界压力低，容易点火和燃烧稳定性好，燃速压力指数低，燃速受初始温度影响小，有较宽的使用温度范围和燃速范围，并具有良好的力学性能和安定性能。
1.2 纳米材料概况
纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。纳米材料是20世纪80年代诞生并迅速崛起的新科技。它是指在纳米尺度 (l～100nm)范围内，通过直接操作和安排原子、分子以创造新物质。最初，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。现在，纳米材料在广义上定义为三文空间上至少有一文处于纳米尺度范围的材料，或由他们作为基本单元构成的材料〔4〕。纳米材料由于具有特殊优异的性质如量子尺度效应、小尺度效应、表面效用和宏观量子轨道效应等，具有体相材料所不具有的性能，从而受到了科技工作者广泛的关注[4]。
1.3 纳米材料在火工药剂方面应用
火工药剂作为各种引燃火工品和引爆火工品的基本装药，是它们的能源。近年来，纳米催化剂对推进剂热分解和燃烧性能影响的研究已成热点[5]。2004年 曾贵玉等人对实验室制取的粒径约为40nm 和120nm 的黑索今炸药粉体的撞击感度进行了测试，结果表明，随着粒径的减小，黑索今的机械撞击感度降低，纳米黑索今撞击感度的特性落高是普通工业黑索今的二倍左右。2004年 黄寅生等人研究了纳米ABO3对RDX和AP热分解特性的影响,结果表明纳米ABO3 对RDX与AP的混合物具有明显的催化作用,同时能够增强其安定性。2005 年 陈利魁等人 通过添加纳米钨粉，研究了钨粉粒度与级配对延期药燃烧速度的影响，以及纳米钨粉含量对延期药燃烧的可靠性影响。结果表明：在零氧平衡下，随着钨粉粒度减小，延期药燃速加快，有显著的线性对数关系，纳米钨粉对燃烧速度调节达毫秒级；当钨粉含量由30% 降至15% 时延期药仍能可靠燃烧，并且适合的粒度级配使燃烧速度有局部极大值出现。2008 年 黄寅生等人 研究纳米Fe2O3对钨系延期药燃烧性能的影响,分别配制了基药、外加2%普通Fe2O3和外加2%纳米Fe2O3的三组药剂进行燃速测试。结果表明,与基药相比, 添加了Fe2O3的药剂的燃烧速度改变不大,但外加普通Fe2O3 和外加纳米Fe2O3药剂的燃速标准差分别下降了29%和47%,相对误差分别下降35% 和51%。普通Fe2O3和纳米Fe2O3对钨系延期药热性能的影响相似,可以改变反应历程,降低发火温度约 10 ℃,并能减少气体产物[7]。2009年黄寅生等人采用DTA方法考察了平均粒径不同的3种纳米 CuO 粉对钨系延期药热性能的影响。结果表明,这3种纳米 CuO 改变了钨系延期药反应历程。结果又表明,这3种纳米 CuO 对钨系延期药的燃速有不同影响,但都能提高燃烧精度 [5]。2010年 张方等人制备了碳纳米管修饰的钨系延期药，并对不同加入量的碳纳米管对钨系延期药延期时间的影响进行了研究。结果表明：碳纳米管的加入明显提高了钨系延期药的燃速；另外，碳纳米管的加入能够改善钨系延期药的点火可靠性，在相同的制备和装药压力下，碳纳米管的加入能够使延期药可靠发火[4]。2011年 宋肯彭等人采用物理湿混法制备了3种纳米延期药，利用SEM和DSC对样品的微观形貌和热分解特性进行了研究。结果表明，在热反应过程中，随着Si粉粒径的减小，纳米Si/Pb304延期药的低温反应和高温反应分别提前了5℃ 和18℃，相应的表观活化能分别降低了46176 J•mol-1 和15927 J•mol-1 。推断纳米Si/Pb304延期药的低温反应为部分纳米Si与部分Pb304之间的界面反应(第l活化期)，其高温反应对应剩余Si和剩余Pb304以及中间产物PbO 和Si02之间的第2活化期[9]。纳米材料的独特性质使得它在火炸药中产生了令人兴奋并富有活力的研究领域，深入研究纳米材料在火炸药中的作用机理，揭示其与火炸药组分相互作用的本质，发展纳米材料在火炸药中的应用理论，对于提高火炸药的性能，对于开发新型的含能材料，促进纳米材料技术的发展都有着十分重要的意义[10～11]。
上一篇：固体云爆剂制备方法及性能表征