文|谦语谈书风

编辑|谦语谈书风

近年来，以上几种方法在CL-20晶体降感方面都具有显著的效果，但仍存在着不同程度的问题。

如共结晶中，外部条件控制不当时易使CL-20发生晶型转变，无法得到所期望的晶型，进而影响其机械感度等性能。

再如，大多数包覆研究都是围绕单一包覆材料展开的。采用粘结剂对CL-20进行包覆时，大多采用氟橡胶、热熔胶（EVA）、聚氨酯等。

虽然包覆后的样品感度明显降低，但也限制了CL-20的能量输出；单独使用含能钝感剂作为包覆材料又难以满足其安全性要求。基于此，复合包覆就应运而生了。

将含能包覆材料和钝感剂相结合，对主体炸药CL-20多层包覆，使包覆材料在CL-20表面形成壳体，既可以降低感度又能够减少能量损失，从而达到应用要求。

本文拟采用含能包覆材料FOX-7以及蜡类钝感剂共同包覆高能炸药CL-20，通过理论和试验两方面对包覆工艺及降感性能展开研究，旨在保证CL-20复合粒子高能量的同时有效降低机械感度，满足应用要求。

国内外研究现状及进展

随着科技的不断进步与发展，现代战争要求弹药在具有高精度、强毁伤、远射程的同时，还必须能够在复杂的战地环境中维持较高的安全性。

因此，弹药向高能钝感方向发展是提升武器系统应用效果的必然选择。CL-20是现今热门的高密度、高能量新型含能材料，其在氧平衡、爆速、爆压、能量密度等方面较其他单体炸药具有明显优势。

但它的机械感度远远不能令人满意，偶然的刺激可能会加速CL-20的分解，导致燃烧或爆炸，在应用过程中存在较大隐患。采用不同的方法降低CL-20的感度能够有效防止意外事故的发生。

目前国内外学者就CL-20纳米化、含能共晶、钝感包覆方面做了大量的研究工作，对于CL-20的钝感化取得了初步成果。其中包覆降感技术由于工艺简单、操作方便、成本较低被广泛应用。

含能材料常见的降感途径

近来，纳米技术被广泛应用于含能材料的降感研究中。单质炸药纳米化能够使含能材料快速分解并有效释放能量。

从而改善其热分解峰温、活化能等热力学性能，还可以改善机械感度、爆轰临界直径等力学性能，提高炸药的安全性。

采用溶剂非溶剂法，结合溶液急冷技术制备了高纯度纳米级2,2,4,4,6,6-六硝基茋（HNS），其平均粒径由50nm下降至86μm，且粒度分布变窄。

在感度测试中，纳米HNS的撞击感度特性落高H50由19.28cm提升至24.69cm，冲击片起爆感度降低了0.81J。采用超声沉淀法制备了纳米CL-20，并分析超声在沉淀过程中对CL-20晶体形貌的影响。

结果表明，在结晶过程中超声可以得到均匀的CL-20晶体，平均粒径为95nm，冲击灵敏度明显降低。但由于炸药颗粒直径较小，表面能较高，出现了团聚现象。

采用静电喷雾法制备了纳米级苯并三氧化呋咱（BTF）炸药。对比发现，当颗粒的尺寸降至纳米级时，其热力学和力学性能会发生较大变化。

纳米BTF比原料的热爆炸临界温度提高了14.06K，撞击感度特性落高H50由20.52cm提升至52.24cm。

利用微乳液-冷冻干燥法制备了平均粒径为25nm的CL-20晶体，成功改变了原料CL-20颗粒形状。

热重结果显示细化后的CL-20分解温度并未发生变化，具有较好的热安定性。但该研究并未对颗粒的力学性能进行表征。

单质炸药纳米化能够使CL-20颗粒尺寸明显变小，从而改善单质炸药的各方面性能。但在制备过程中，由于颗粒直径较小，易发生团聚现象，存在分散性差、易发生晶型转变等问题，这些问题制约着炸药纳米化的发展。

含能共晶

一般认为，两种或两种以上的物质通过分子间氢键、范德华力等分子间作用力形成新的稳定结构的过程为共晶。就含能材料而言，共晶可以改变分子的排列方式和结构。

改善含能材料的氧平衡系数、力学性能与热性能，提高含能材料的能量密度。提出了一种CL-20/MDNT共晶的思路。

通过超声共振法制备了CL-20/MDNT晶体，共晶体的摩擦感度降低，但撞击和静电感度并未发生明显变化，整体降感效果不理想，且共晶体的热稳定性降低。

采用溶剂挥发法制备了HNTO/AN共晶体，其形貌与两种原料有明显差异，其机械感度与AN相比明显降低，显著提高了安全性能，该研究提供了一种制备推进剂的新思路。

按照2:1、4:1的比例制备了CL-20/FOX-7、HMX/FOX-7共晶体。结果表明，HMX/FOX-7共晶体具有更高的热稳定性，共晶产物的机械感度低于CL-20和HMX单质炸药，安全性有所提升。

采用机械球磨法制备了平均粒径为93.2nm的HMX/HNS共晶炸药，热稳定性和力学性能都较为理想。且机械球磨过程并未对炸药的自身结构和表面元素分布产生影响。

采用超高效混合方法制备了CL-20/HMX共晶体，共晶产物表观形态与原料有较大差异，其分解放热量明显高于同种比例的机械混合物。

研究结果表明，共晶体与大多数推进剂组分都具有良好的相容性。

虽然共晶在近年来已逐渐成为含能材料领域的热点，但国内外大都仍处于理论研究和实验探索阶段，还未形成系统的方法和完整的性能评价体系，且对于共晶过程的机理研究还不够深入。

钝感包覆

相较于前两种降感手段，钝感包覆不改变主体炸药形态，通过添加包覆层使内部炸药与外部环境产生物理隔离，从而达到降感的效果。

多种资料表明，如果能够在主体炸药表面包覆完整的钝感层，当受到外界刺激时，惰性包覆层发生相变的吸热效应和体积占位效应能够有效降低炸药热点的生成概率；

在点火后的热点增长和传播阶段，完整的包覆层能够降低热点的增长速度，衰减甚至阻滞冲击波的传播。但不同的包覆方法和包覆层材料使得包覆效果有明显差异。

目前大多数相关文献主要关注的是降感效果，但添加的钝感层能量往往远低于主体炸药，如何在实现高效降感的同时保证能量的输出已成为亟需解决的问题。

含能材料包覆技术研究进展

且钝感包覆层可具有缓冲变形、吸热、滑移等作用，当炸药受到外界刺激（如机械撞击）时，外界加载首先作用于钝化的壳层。

从而降低热点形成的概率，降低CL-20的机械感度，提高炸药的安全性。包覆降感是近年来含能材料研究领域的一个重点方向。

制备CL-20包覆样品的方法主要分为物理包覆和化学包覆两大类，在包覆材料的选择上，可分为非含能材料和含能材料两大类。

降感常用的包覆方法

物理包覆主要是利用分子间的范德华力和静电作用使包覆材料吸附在固体炸药颗粒表面，形成一层致密的薄膜。常见的物理包覆方法有相分离法、机械球磨法、水溶液悬浮法、喷雾干燥法和超临界法等。

相分离法是在主体炸药和包覆材料的混合溶液中加入非溶剂、凝聚剂或凝聚诱导剂，使大量的溶液与凝聚剂相结合，降低溶质的溶解度直至形成过饱和溶液，溶质析出，沉积在被包覆材料表面形成包覆结构的方法。

利用相分离法将高聚物（HP-2）包覆在RDX表面，并对包覆样品的机械感度进行了表征，与RDX相比，其撞击感度特性落高升高了15.1cm，摩擦感度爆炸概率降低了78%。

采用相分离法制备了不同温度下的F2604/HMX复合粒子，结合分子动力学模拟研究了不同工艺温度下氟橡胶对HMX包覆效果的影响。

结果表明50℃时样品结合能数值最高（197.24kJ/mol），形成的F2604/HMX体系最稳定。机械球磨法是将主体炸药和包覆材料在一定工艺条件下置于球磨机中研磨。

在离心力和摩擦力的作用下发生晶格的缺失和晶界的重新组合。使主体炸药和包覆材料被不断挤压、变形，原子间相互浸透、分散，从而包覆在工艺条件。

通过扫描电镜（SEM）观察到HMX颗粒表面包覆着一层致密的TATB，EDS表面元素分析测试表明，包覆率达到了66.10%，降感效果显著。

水溶液悬浮法是包覆降感的一种常用手段。首先将主体炸药在水中充分分散，得到炸药－水悬浮液，将包覆材料溶解在特定的溶剂中。

缓慢滴加进炸药－水悬浮液中，包覆材料遇到非溶剂水后析出并包覆在主体炸药表面，经抽滤干燥后即可得到复合粒子。

在含能材料领域，水悬浮法又可以分为多种，如水悬浮－蒸馏法、水悬浮－高温滴加法、水悬浮－熔融法等。

使用溶液-水悬浮法制备出了以CL-20/Estane5703为基的PBX炸药，实现了CL-20的高效降感。以NTO的饱和水溶液代替水作为分散介质。

利用水悬浮法将NTO包覆在高能炸药HMX表面，以主体炸药粒度、水药比和搅拌速度为变量，分析了不同参数对包覆效果、撞击感度和爆速的影响。

采用水悬浮法制备了ε-CL-20为基的传爆药，对影响包覆效果的主要因素进行了探究。结果表明，根据最佳工艺条件制备的传爆药撞击感度特性落高H50较原料增加了27cm。

使用氟橡胶对CL-20进行包覆，发现不同包覆材料和包覆方法对包覆效果有明显影响，溶液-水悬浮法的降感效果优于挤出造粒法。

结语

以H2SO4为溶剂，使TATB在析出的过程中包覆在CL-20表面，形成致密的核壳结构。结果表明，包覆后的CL-20摩擦感度临界载荷由100N提升至360N，撞击感度H50由50.4cm提升至104.95cm，混合炸药的安全性明显提高，但并未对混合炸药的能量进行测试。

是将物料输送至干燥室后，通过机械作用使物料雾化（增大接触面积，加快干燥过程），与热空气接触，短时间内散失大量水分，从而达到干燥的目的。

这种方法可以直接将溶液、乳浊液等干燥成粉末状或小颗粒状，避免抽滤干燥、蒸发干燥中易出现的团聚现象发生。

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