摘要
含铝炸药具有高爆速、高爆压、低感度等特点，广泛应用于深水炸弹、穿甲弹、和对空导弹等军工弹药中。铝（Al）粉是一种具有高热值的金属燃烧剂，但纳米铝（n-Al）粉具有较大的活性比表面积（SSA），导致其燃烧温度更高（gt;550℃）且更易团聚，直接影响了热扩散和燃烧性能。本文通过微液滴技术，首先在微米级通道内将镀铜改性的 n-Al粉与纳米级 HMX（n-HMX）制备出微米级炸药微球；然后，为满足生产效率，基于仿生学对该技术进行改进，可以简便、高效、可控地采用微米级 HMX（μ-HMX）制备毫米级炸药微球；最后，为提高铝粉含量进一步优化该技术，制备出含铝量高达 40wt.%的毫米级 HMX基炸药微球。本文研究了流体从形成液滴到固化成球的机理，通过不断优化工艺实现了对毫米级 HMX 基炸药微球形貌和尺寸的调控；通过包覆改性解决了团聚的问题，提高了组分混合的均匀度；解决了较大、较重颗粒在分散相中难悬浮的问题，实现了高含铝量炸药微球的制备；大大简化了制备流程，降低了制备成本，同时提高了生产效率；通过镀铜改性铝粉进一步了提升含铝炸药的燃烧性能。主要内容如下： （1）微液滴技术制备微米级 n-HMX/(Cu/n-Al)基高能微球。铝粉的容易团聚及其较高的点火温度极大地阻碍了其在爆炸过程中的反应，从而影响含铝炸药的燃烧和爆炸。将表面镀铜（Cu）的 n-Al粉（Cu/Al复合粒子）引入含铝炸药中，并使用不同粘合剂通过微液滴技术制备微米级 n-HMX/(Cu/n-Al)基高能微球。制备的微球具有规则的球形形态和均匀的粒径，组分分布均匀。对比了不同粘结剂对微球性能的影响。Cu的引入促进了 HMX的热分解。制备的含 Cu/Al复合粒子微球的感度低于仅含n-Al的微球。含Cu/Al复合粒子的微球样品表现出优异和稳定的燃烧性能，与仅含 n-Al 的微球相比，Cu 的加入提高了燃烧速度。这项技术为制备高性能含铝炸药提供了一种新策略。 （2）微液滴技术制备毫米级 μ-HMX 基含能微球。通过对蟾蜍产卵的观察联想到一种在制备装置更廉价，制备流程更简单的条件下，直接使用 μ-HMX 一体化高效制备毫米级炸药微球的方法，研究了其形成机理，并在探索过程中不断优化制备的过程及配方。使用多种技术研究了不同粘结剂包覆的微球的形态结构、晶型、硬度、密度、机械感度、热性能及燃烧，并对其工业生产能力、效率等情况进行了评估。所制备的微球不会破坏 HMX 的晶型，在配方优化后具有规则饱满的形貌和均匀粒径分布，硬度高不易形变，且具有明显提升的流散性和更大堆积密度。微球的机械感度明显降低，安全性提升。相较于原料HMX，该方法制备的HMX基微球的发火响应时间更短并出现爆燃现象，燃烧火焰强度更高。该新方法生产速度快、效率高且浪费很少，为工程应用向生产毫米级炸药微球提供了一种新参考。 （3）微液滴技术制备毫米级 μ-HMX/高含量 n-Al 基高能微球。使用不同复合粘结剂通过微液滴技术成功制备了含铝量高达30wt.%和40wt.%的μ-HMX基毫米级炸药微球，对其形貌、分散性、硬度、机械感度和爆轰性能进行了系统的研究。同时，深入研究了流速比与微球形貌之间存在的数学关系和影响机理。所制备的含铝微球球形度高，粒径均一，组成物分散均匀。与物理混合样品和不含铝的微球相比，含铝微球具有更高的硬度，更低的机械感度，更剧烈的燃烧火焰和更高的爆热。随着铝含量的提升，机械感度和燃烧性能得到进一步优化。相较于含 30wt.%Al 的微球样品，含 40wt.%Al 的样品发生剧烈燃烧的延迟明显缩短，燃速提升约 20%。此外，复合粘结剂中含氟的包覆样品展现出更优异的性能。本研究可以为高含铝量、高分散度含铝复合材料的制备和多角度提升其性能提供新的思路。
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