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含能材料与3D打印融合发展的思考

含能材料 2022年第9期30卷 874-876页

作者：聂福德王军中国工程物理研究院化工材料研究所

含能材料作为武器系统推进和毁伤的能源,其制造技术对提升含能材料的综合性能有重要支撑作用。多年来含能材料的设计和制造基于“减材制造”模式不断发展,经历百年的研究,进一步提升含能材料的综合性面临着巨大挑战。基于“增材制造”... 详细信息

含能材料作为武器系统推进和毁伤的能源,其制造技术对提升含能材料的综合性能有重要支撑作用。多年来含能材料的设计和制造基于“减材制造”模式不断发展,经历百年的研究,进一步提升含能材料的综合性面临着巨大挑战。基于“增材制造”模式的3D打印技术与含能材料的融合发展为结构功能的设计与制造提供新的途径,赋予含能材料新的发展方向和技术途径(图1)。

关键词：含能材料增材制造减材制造设计与制造武器系统支撑作用发展的思考综合性

中国工程物理研究院化工材料研究所计算含能材料学团队在TKX-50等羟铵离子盐物化性质研究方面取得进展

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含能材料 2018年第1期26卷 1-1页

作者：王敏敏中国工程物理研究院化工材料研究所计算含能材料学团队

1.发现了TKX-50的一个热致新相（meta-TKX-50）和-个剪切产生的新相（γ-TKX-50）.meta-TKX-50形成的温度在180℃附近,与TKX-50相比,NH3OH^＋的N-O更趋向于平行于晶胞6轴.γ-TKX-50源于TKX-50沿（010）/[101]或（010）/[101]方向的剪切... 详细信息

关键词： Cr QR ST MN

裂纹长度对PBX代用材料表观断裂韧性K的影响

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含能材料 2024年

作者：单骏鹏王山邓鹏飞唐维文乾乾中国工程物理研究院化工材料研究所

表观断裂韧性(Kc)是表征高聚物粘结炸药(PBX)抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的重要材料性能，研究表观断裂韧性Kc的尺寸效应对预测不同尺度的PBX的起裂及失效行为具有重要意义。通过中心裂纹巴西圆盘(CSTBD)试验，对PBX代用材料的表观断裂韧性K... 详细信息

表观断裂韧性(Kc)是表征高聚物粘结炸药(PBX)抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的重要材料性能，研究表观断裂韧性Kc的尺寸效应对预测不同尺度的PBX的起裂及失效行为具有重要意义。通过中心裂纹巴西圆盘(CSTBD)试验，对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应特性进行研究，通过断裂试验研究了不同裂纹长度(2,4,6,8,10 mm)对CSTBD试样表观断裂韧性Kc的影响。并采用了传统的最大切应力(MTS)准则以及考虑Willimas级数高阶项系数和断裂扩展区(FPZ)长度预估模型的修正最大切应力(MMTS)准则，对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应解释。结果发现，随着裂纹长度的增加，Kc从0.139 MPa·m0.5增长至0.251 MPa·m0.5，并且随着裂纹长度的增加Kc趋于稳定。在使用A3项修正的FPZ长度预估模型下，相较于传统的最大切应力(MTS)准则，使用修正的最大切应力(MMTS)准则能够很好地解释PBX代用材料表观断裂韧性Kc的尺寸效应。

关键词：高聚物粘结炸药(PBX) 表观断裂韧性断裂过程区尺寸效应修正最大切应力(MMTS)

利用X射线微层析成像研究炸药造型颗粒随机堆积结构

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火炸药学报 2024年

作者：岳弘历张催张伟斌中国工程物理研究院化工材料研究所

炸药造型颗粒是制备压装型高聚物粘结炸药（Polymer-bonded explosive， PBX）的中间体，研究其堆积状态是掌握造型颗粒堆积结构与PBX性能之间映射关系的基础。通过X射线微层析成像（X-μCT）研究5种炸药造型颗粒样品随机堆积结构，获... 详细信息

炸药造型颗粒是制备压装型高聚物粘结炸药（Polymer-bonded explosive， PBX）的中间体，研究其堆积状态是掌握造型颗粒堆积结构与PBX性能之间映射关系的基础。通过X射线微层析成像（X-μCT）研究5种炸药造型颗粒样品随机堆积结构，获得了造型颗粒堆积体系的颗粒空间排列、颗粒堆积特性以及颗粒接触特征等堆积结构参量。结果表明，造型颗粒随机堆积体系存在不同程度的尺寸分离现象，粒径较大的颗粒倾向于分布在容器下方，颗粒装填过程会影响水平方向的颗粒分布取向；各样品平均堆积效率随颗粒间径向距离的增大连续变化，表明造型颗粒随机堆积结构长程无序；样品平均接触数为5～6，接近球形颗粒随机疏松堆积，而受颗粒粒径和形状的影响，造型颗粒随机堆积体系的体积分数能够超过球形颗粒随机紧密堆积的极限（0.64）。

关键词：炸药造型颗粒 X射线微层析成像随机堆积结构

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基于乌洛托品笼状结构阳离子的五唑盐合成

含能材料 2024年第6期 631-640页

作者：江天宇刘天林王康才夏宏蕾张文全中国工程物理研究院化工材料研究所

基于两种乌洛托品笼状阳离子结构，合成了两种新的五唑盐——乌洛托品五唑盐(C6H13N9,1)和甲基化乌洛托品五唑盐(C7H15N9,2)。通过X-射线单晶衍射、红外光谱(IR)、质谱(MS)和核磁共振(NMR)对合成的五唑盐进行了结构表征，并采用热重分析... 详细信息

基于两种乌洛托品笼状阳离子结构，合成了两种新的五唑盐——乌洛托品五唑盐(C6H13N9,1)和甲基化乌洛托品五唑盐(C7H15N9,2)。通过X-射线单晶衍射、红外光谱(IR)、质谱(MS)和核磁共振(NMR)对合成的五唑盐进行了结构表征，并采用热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC)测试其热分解行为。使用原子化法计算了化合物1和2的生成焓，使用EXPLO5预测了爆轰性能，并采用BAM方法测试其撞击感度和摩擦感度。测试结果显示，化合物1属于单斜晶系(P21/c)，晶胞参数为a=13.6795(2)?，b=11.6892(1)?，c=12.5941(2)?，V=1937.53(5)?3,α=γ=90°，β=105.822(1)°，Z=4,Dc=1.448 g·cm-3，化合物2属于单斜晶系(P21/m)，晶胞参数为a=6.9025(5)?，b=7.6042(5)?，c=10.6808(9)?，V=538.50(7)?3,α=γ=90°，β=106.148(8)°，Z=4,Dc=1.389 g·cm-3。化合物1和2的热分解温度分别为90.0℃和82.8℃，理论爆速爆压分别为8291 m·s-1,20.33 GPa和7862 m·s-1,17.41 GPa。测得化合物1和2的撞击感度和摩擦感度分别为5 J,288 N和3 J,86 N。

关键词：五唑乌洛托品笼状阳离子非金属盐合成

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含能材料的组装及其性能研究进展

含能材料 2024年

作者：刘丹王浚儒赵煦杨志剑中国工程物理研究院化工材料研究所

含能材料的形貌及结构对其各项性能具有显著影响，为改善现有含能材料的固有性能，满足武器装备不同应用需求，含能材料的组装是一种有效的技术手段。基于国内外学者的相关工作，从单一组分含能材料通过组装直接影响结构从而调控其性能... 详细信息

含能材料的形貌及结构对其各项性能具有显著影响，为改善现有含能材料的固有性能，满足武器装备不同应用需求，含能材料的组装是一种有效的技术手段。基于国内外学者的相关工作，从单一组分含能材料通过组装直接影响结构从而调控其性能、多组分复合含能材料的组装组分及复合结构协同调控性能两个角度出发，综述了当前的含能材料的组装方法及其对性能的调控效果，阐述了其它功能材料组装对含能材料的启示。当前，单一组分含能材料组装可以带来新的炸药形貌、多组分组装可以弥补现有性能调控的不足，实现能量及安全性能协同提升，但含能材料的组装发展还面临着组装方法单一、过程调控难、组装机制尚不明确、多组分研究不够深入等问题。未来研究可以重点关注含能材料晶体组装理论完善、介微观表征技术发展及新组装技术探索三个角度。

关键词：含能材料组装晶体形貌多组分协同性能调控

二硫化钼掺杂改性FOX⁃7含能复合材料的热分解特性

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含能材料 2024年第1期32卷 31-37页

作者：许紫岚蔚明辉赵煦聂福德中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

为了提高1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7)的热分解特性,在较低分解活化能下实现能量的快速释放,采用溶剂‐反溶剂的方法制备了掺杂改性的FOX‐7/MoS2含能复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)、X... 详细信息

为了提高1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7)的热分解特性,在较低分解活化能下实现能量的快速释放,采用溶剂‐反溶剂的方法制备了掺杂改性的FOX‐7/MoS2含能复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重‐差示扫描量热仪(TG‐DSC)等分析测试手段对复合材料的形貌结构、物相组成、热分解特性、分解活化能进行了表征和测试。结果表明,掺杂改性的FOX‐7/MoS2含能复合材料既可以提高低温阶段的分解温度,又可以催化高温下的分解放热。其中,与原料相比,FOX‐7/MoS2‐5%的低温阶段的分解温度和分解活化能分别提高了6.8℃和78.6 kJ·mol^(-1);高温阶段的分解温度和分解活化能分别降低了23.4℃和340.4 kJ·mol^(-1)。热重‐质谱结果表明,高温阶段FOX‐7/MoS2‐5%产物中CO_(2)的比例从7.3%增加到16.8%,表明MoS_(2)的掺杂改性又促进了高温阶段的分解,使分解更加完全和充分。

关键词： 1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7) 二硫化钼(MoS_(2)) 热反应特性分解动力学催化分解

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炸药造型颗粒随机堆积体系物理参量无损表征

含能材料 2023年

作者：岳弘历张催张伟斌中国工程物理研究院化工材料研究所

炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive, PBX)构件成型的中间体，表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆... 详细信息

炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive, PBX)构件成型的中间体，表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系(包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度)的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm，体积分数最高可达68.7%，孔隙率最低为1.04%，平均球形度最高为0.93，密度最大为1.44 g·cm-3。结果表明，造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响，且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散，颗粒平均表面积越大；体系平均粒径越大、平均球形度越低，颗粒平均孔隙率就越高；平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高，当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。

关键词：炸药造型颗粒随机堆积体系体积分数孔隙率 X射线层析成像

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无限长圆筒局部受压的三维解析解及数值验证

应用力学学报 2023年

作者：李云欣袁洪魏唐维董天宝颜熹琳赵龙文乾乾中国工程物理研究院化工材料研究所

基于圆筒轴对称问题的简化及修正贝塞尔函数的良好性质，构造了含待定函数的位移调和函数。应用所构造的位移调和函数，推导出无限长圆筒在圆筒内壁受局部均布压力下含待定函数的应力表达式，将含待定函数的应力表达式代入对应的边界条... 详细信息

基于圆筒轴对称问题的简化及修正贝塞尔函数的良好性质，构造了含待定函数的位移调和函数。应用所构造的位移调和函数，推导出无限长圆筒在圆筒内壁受局部均布压力下含待定函数的应力表达式，将含待定函数的应力表达式代入对应的边界条件，再采用傅里叶逆变换，求解得到位移调和函数中的待定函数，最终得到满足边界条件的三维应力解析解。采用ANSYS有限元软件，建立了参数化的轴对称应力分析仿真模型，模拟仿真了典型情况应力分布特征。通过理论分析与数值模拟相结合的方法，分析了几何尺寸的变化对三轴应力状态的影响规律，并将理论计算与数值模拟相比较，得到了良好的结果，说明本文建立的三维解析解及有限元模拟基本准确可靠，可为局部受压圆筒问题提供参考。

关键词：局部受压无限长圆筒位移调和函数三维解析解有限元模拟