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新型火炸药

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发表于 2016-4-28 04:04:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
高能量密度材料是指能量密度高于最佳制式含能材料(如RDX、HMX)15%~20%以上的一类新型含能材料技术,是陆、海、空诸军种各类武器系统必不可少的威力和动力能源材料技术,主要包括CL-20、二硝酰胺铵(ADN)、三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、八硝基立方烷、呋咱类、全氮材料等高能量密度化合物的分子设计、合成及制备技术等。
CL-20的能量为1.8倍TNT当量,密度2.04 g/cm3,爆速9.4km/s,爆压为42.0 GPa;ADN的密度为1.81 g/cm3,爆速8.1km/s,爆压为23.72 GPa;TNAZ的密度为1.84 g/cm3,爆速9.0km/s,爆压为36.37 GPa;八硝基立方烷现已被证实是目前威力最大的常规碳氢氮氧类炸药,密度可达1.9~2.2g/cm3,标准生成焓达+340~600kJ/mol,爆速和爆压分别达10.1km/s和50.0GPa,比HMX高15%~30%,能量甚至超过CL-20。N5+属于非碳氢氮氧类高能量密度化合物,能量约为2倍TNT当量,密度为1.85 g/cm3,爆速12.51km/s,爆压为73.95 GPa。
自20世纪80年代以来,高能量密度材料技术备受各国重视,美国国防部从1990年就开始把它列为一项可以实现的国防关键技术和前沿技术。
1987年,美国首先合成出了CL-20,这被国际火炸药界誉为“炸药合成史上的一个重大突破”;2002年,美国建成年产22.5吨的CL-20中试线;20世纪90年代,美国开始研制CL-20基火炸药配方,现已成功推出LX-19、PAX-12、PAX-11、PAX-29、DLE-C038和PBXW-16等多种CL-20基高能炸药。


    几种高能量密度材料分子结构

1971年,前苏联采用氨基丙腈法首次合成出ADN;20世纪70年代,前苏联建立了年产千吨的ADN工厂;1996年,瑞典博福斯公司(现为欧洲含能材料公司)采用混酸法实现了ADN工艺放大并开始生产ADN并向世界各国50余家科研机构或公司提供过样品;2004年,瑞典建立了ADN工业化生产能力,年产量为10吨,2005年达到25吨。
1984年,美国Fluorochem公司Archibad等人通过二硝基氮杂环丁烷-特丁基盐或1-特丁基-3,3-二硝基氮杂环丁烷中间体首次合成出TNAZ(称为Fluorochem合成法);20世纪90年代,美国陆军武器研究发展与工程中心开始对Fluorochem公司开发的实验室规模生产方法进行了放大,准备把TNAZ用作美国陆军和空军特需的高能低易损性弹药的候选炸药装药中;2001年,美国实现TNAZ中试生产并开始研制TNAZ基火炸药新配方。
2000年,美国芝加哥大学M.X.Zhang等人首次合成出八硝基立方烷ONC。
1998年,美国Karl O.Christe等人成功地制得了以多氮形式存在的N5+,这极大地推动了多氮化合物研究领域的发展,世界多家量子化学研究所先后对N4、N6、N8、N10、N12和N60等有前景的全氮化合物进行了大量的理论计算与预测,以探究这类超高能量材料存在的可能性。2012年,德国慕尼黑大学新合成出高能富氮化合物——5,5′-联四唑-1,1′-二氧化物二羟铵(代号为TKX50),爆轰性能优于奥克托今且接近CL-20,爆速达9.698km/s。

    能量密度材料的爆照效果非常惊人

高能量密度材料的主要用途是制作高能炸药、发射药和推进剂,俄罗斯已将ADN应用于SS-24、SS-27等白杨系列战略导弹,CL-20、全氮材料等高能量密度材料有望应用于小直径炸弹、高价值战斗部、高效毁伤战斗部及远程战略战术导弹等中。
未来,高能量密度材料技术将朝绿色、高能、低成本化方向发展。除了已经在制备技术、配方和应用研究中进行过大量研究的CL-20、TNAZ、ADN之外,未来重点发展的高能密度材料还包括全氮材料、高氮/富氮化合物等,将把全氮材料作为最重要的新型含能材料加以系统开发;同时,探索性能更优的CL-20基高性能火炸药新配方,开发CL-20的低成本、绿色合成新路线,以及CL-20基高性能火炸药在武器装备上的推广应用;加快研制ADN基高能固体推进剂新配方及在装备上应用。


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