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纳米复合含能材料的制备

王瑞浩  
【摘要】:为获得高能、钝感、低易损的新型含能材料,本研究结合溶胶—凝胶法,选用多孔Fe_2O_3凝胶为模板,利用超临界流体技术制备出了纳米复合含能材料,并尝试加入亚微米B粉来改善其感度性能和热分解性能。 本文通过调节前驱体浓度、环氧丙烷的加入量、老化时间、超临界干燥条件制备出多孔的Fe_2O_3气凝胶模板,向前驱溶液中溶入90%主体炸药RDX和2%的B粉,利用超临界流体技术对湿凝胶进行干燥结晶,得到了纳米复合含能材料RDX/ Fe_2O_3和RDX/Fe_2O_3/B。结合扫描电镜、红外光谱、X射线衍射等表征手段,分析了超临界流体的升压速率、温度、压力、保压、换气和表面活性剂PVP的加入对复合物结构与炸药结晶的影响,最后对所制备的产品进了行表征,测试了撞击、摩擦、热分解等性能,并对含硼与含铝纳米复合炸药进行了对比。 结果表明:以浓度0.2mol/L的FeCl_3·6H_2O的DMF溶液为前驱溶液,溶入90%的RDX,以[Fe]:[C_3H_6O]=1:15的比例加入催化剂环氧丙烷以及0.2%的PVP,凝胶老化24小时,经超临界结晶干燥,温度压力分别为40℃、10MPa,升压速率为15L/h,换气速率为2L/h,换气时间为1h,放气速率为1~2bar/5s,得到了复合完整的含能材料,其整体结构均一,无炸药晶体析出,颗粒呈圆球型,粒径为30~50nm,分布窄且均匀。纳米复合含能材料的机械感度也得到了降低,加入2%的亚微米B粉时,其RDX/ Fe_2O_3/B的撞击感度的特性落高为40.08cm,与原料相比高出109.8%,其摩擦感度相对于原料的100%爆炸概率降低了28%;与加入纳米Al粉相比较,亚微米B对纳米复合含能材料的撞击感度的降低更有效,对摩擦感度的降低则逊于纳米Al粉。纳米复合含能材料DSC分析表明,纳米复合炸药的热分解更迅速、完全,加入2%的亚微米B的复合炸药分解放出的质量焓为1764.282J/g,比不含硼复合炸药的1365.223 J/g有明显提高,这说明亚微米B的加入能够有效的提高放热量,改善复合炸药的热分解特性,达到了阶段性目标。 最后理论计算了含B炸药的爆热值,可以推断得到,加入适量的亚微米B的纳米复合含能材料有望成为高能量输出的新型炸药。


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