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    含α-AlH3的HMX 基凝聚相炸藥的安全性和爆轟性能

    2021-11-01 09:10:48曹少庭金大勇
    含能材料 2021年10期
    關(guān)鍵詞:藥柱感度炸藥

    牛 磊,曹少庭,金大勇,高 杰,郭 昕

    (西安近代化學(xué)研究所,陜西 西安 710065)

    1 引言

    高能作為混合炸藥的永恒追求,一直是混合炸藥研究的重點(diǎn)。向混合炸藥中添加可燃金屬粉能有效提高炸藥的能量,調(diào)節(jié)其能量結(jié)構(gòu)。目前,常用的金屬粉有鋁粉、硼粉等,這些金屬粉普遍存在反應(yīng)完全性不足、點(diǎn)火溫度較高等問題。儲(chǔ)氫材料具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性和較高的燃燒熱值,可作為高能燃料應(yīng)用于混合炸藥領(lǐng)域[1]。AlH3作為一種高效金屬氫化物,由Finholt[2]于1947 年利用LiH 和AlCl3在乙醚溶液中反應(yīng)首次制得,共有7 種晶型,其中α型最為穩(wěn)定。α-AlH3晶體密度1.477 g·cm-3,與液態(tài)氫(0.071 gH2·cm-3)相比具有更高的儲(chǔ)氫密度(0.148 gH2·cm-3)[3],在含能材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

    國(guó)內(nèi)外對(duì)α-AlH3合成、穩(wěn)定化及應(yīng)用開展了廣泛的研究[4-9]。近年來,隨著俄羅斯、美國(guó)在高品質(zhì)、穩(wěn)定化α-AlH3方面取得新進(jìn)展,α-AlH3在含能材料中的應(yīng)用成為歐美新型含能材料研究領(lǐng)域的重點(diǎn)[10]。α-AlH3釋氫規(guī)律的研究表明,在高加熱速率下α-AlH3可以達(dá)到很高的釋氫速率,氫的釋放受其在晶體中擴(kuò)散過程控制,Al-H 斷裂反應(yīng)不是控制性因素。α-AlH3點(diǎn)火行為研究表明,其點(diǎn)火溫度明顯低于微米鋁,介于微米鋁和納米鋁之間[11]。Luigi T 等[12]研究表明,α-AlH3釋氫后為多孔鋁結(jié)構(gòu),具有比同等粒徑微米鋁更高的比表面積,具有更高的反應(yīng)活性。Bazyn 等[13]研究了α-AlH3在高溫和高壓(反射區(qū)溫度(2650±75)K,壓力(0.85±0.05)MPa)激波管中的燃燒行為,指出α-AlH3脫氫在較低溫度較短時(shí)間(100 μs 量級(jí))完成,釋氫后剩余的鋁與微米鋁燃燒行為相似。

    α-AlH3與凝聚相炸藥中常用的傳統(tǒng)金屬粉相比,其顯著特點(diǎn)是極高的氫含量,如何將極高的氫含量轉(zhuǎn)化為高毀傷威力,是α-AlH3在高效毀傷領(lǐng)域應(yīng)用研究的重點(diǎn)。將α-AlH3引入混合炸藥,國(guó)內(nèi)外開展了初步研究,主要集中在α-AlH3對(duì)混合炸藥能量影響方面[14-16],對(duì)α-AlH3在凝聚相炸藥中安全性和爆轟反應(yīng)規(guī)律研究較少。本工作研究了α-AlH3單質(zhì)的安全性,選擇與α-AlH3相容的奧克托今(HMX)為主體炸藥[5],據(jù)此設(shè)計(jì)了梯次控溫冷卻直接法的含α-AlH3凝聚相炸藥制備工藝并制備了測(cè)試樣品,討論了α-AlH3含量對(duì)凝聚相炸藥爆炸反應(yīng)及能量的影響,為α-AlH3在炸藥中的應(yīng)用研究提供參考。

    2 實(shí)驗(yàn)部分

    2.1 材料

    特細(xì)球形鋁粉,粒度d50為6 μm,活性大于98%,鞍鋼實(shí)業(yè)微細(xì)鋁粉有限公司;HMX,粒度d50為12.5 μm,甘肅銀光化工公司;α-AlH3,西安近代化學(xué)研究所自制。

    2.2 樣品制備

    α-AlH3單質(zhì):使用乙醚法制備[17]。以LiAlH4與AlCl3為原料,在乙醚中反應(yīng)制備出AlH3醚合物,在甲苯中脫醚結(jié)晶獲得α-AlH3,晶體密度1.47 g·cm-3,α型含量大于99%。

    含α-AlH3凝聚相炸藥造型粉:設(shè)計(jì)了梯次控溫冷卻直接法制備造型粉。將炸藥配方用黏結(jié)劑聚異丁烯(PIB)及石蠟(WAX)放入石油醚中,攪拌,加熱到60 ℃,待混合液澄清后加入HMX,攪拌1 h 后自然降溫;混合液溫度降低到30 ℃以下時(shí)再加入α-AlH3,攪拌,揮發(fā)石油醚至物料呈半干狀態(tài),過篩造粒,陰干,外混石墨(C),得到造型粉樣品。

    含α-AlH3凝聚相炸藥藥柱:按照測(cè)試需求藥量稱量制備好的造型粉,加入壓藥摸具的套筒中,裝配好摸具沖頭后放置在壓機(jī)的上下滑塊之間,啟動(dòng)壓機(jī),加壓至沖頭壓強(qiáng)為250 MPa 后保壓1 min,泄壓,退模得到成型藥柱。

    含鋁炸藥樣品:含鋁炸藥對(duì)比試樣使用的HMX、黏結(jié)劑材料及造型粉和藥柱制備工藝與含α-AlH3凝聚相炸藥相同。

    2.3 實(shí)驗(yàn)方法

    2.3.1 安全性

    撞擊感度:采用GJB772A-1997 方法601.1 進(jìn)行測(cè)試[18]。落錘10 kg,落高25 cm,藥量(50±1)mg,每組25 發(fā),測(cè)2 組,實(shí)驗(yàn)結(jié)果用爆炸百分?jǐn)?shù)表示。

    摩擦感度:采用GJB772A-1997 方法602.1 進(jìn)行測(cè)試。表壓3.92 MPa,擺角90°,藥量(20±1)mg,每組25 發(fā),測(cè)2 組,實(shí)驗(yàn)結(jié)果用爆炸百分?jǐn)?shù)表示。

    真空安定性:參照GJB772A-1997 方法501.2 進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試樣品在一定溫度下恒溫一定時(shí)間后放出氣體的量,藥量(5.00±0.01)g,溫度100 ℃,時(shí)間48 h。

    吸濕性:動(dòng)態(tài)吸濕性分析法[19]。采用VTI-SA 型動(dòng)態(tài)吸附分析儀進(jìn)行測(cè)定,等溫吸濕參數(shù)為溫度30 ℃,相對(duì)濕度20%~90%,測(cè)量步長(zhǎng)為相對(duì)濕度變化10%,樣品量10~15 mg,連續(xù)記錄樣品質(zhì)量變化。

    5 s 爆發(fā)點(diǎn):采用GJB772A-1997 中方法606.1 進(jìn)行測(cè)試。藥量(30±1)mg,盛藥器為平底鋁雷管殼,取5 個(gè)溫度點(diǎn),每個(gè)溫度點(diǎn)測(cè)量5 次。

    2.3.2 爆轟性能

    爆速:采用GJB772A-1997 方法702.1 進(jìn)行測(cè)試。藥柱尺寸Ф25 mm×25 mm,長(zhǎng)度測(cè)量偏差不大于0.01 mm,探針為0.12 mm 漆包銅線,用8#雷管直接起爆。

    爆熱:采用GJB772A-1997 方法701.1 進(jìn)行測(cè)試。藥柱規(guī)格Ф25 mm×25 g,藥柱質(zhì)量精確至0.0002 g。樣品在無氧量熱彈內(nèi)起爆后,以蒸餾水為測(cè)溫介質(zhì),測(cè)定水溫升高值,依據(jù)系統(tǒng)標(biāo)定值計(jì)算樣品爆熱。

    做功能力:采用GJB772A 方法705.1 進(jìn)行測(cè)試。藥柱直徑25 mm,藥量(10±0.03)g,用8#電雷管起爆。彈丸為45#鋼,質(zhì)量9.11 kg。

    水下能量:采用水下爆炸實(shí)驗(yàn)測(cè)試其水下能量。藥柱規(guī)格Ф40 mm×100 g,用10 g JH-14 傳爆藥柱起爆,入水深度4.7 m。

    爆容:爆熱實(shí)驗(yàn)完成后測(cè)量爆熱彈內(nèi)的氣體壓力,通過氣體狀態(tài)方程將其換算為常溫下氣體體積。

    3 結(jié)果與討論

    3.1 α-AlH3安全性

    3.1.1 安定性

    α-AlH3自身穩(wěn)定性較差,受熱易分解放出氣體。為確定合適的工藝參數(shù),參照GJB772A-1997 中方法501.2 測(cè)試了α-AlH3在60 ℃、100 ℃條件下的真空放氣量。結(jié)果見表1。從表1 可知,即使在60 ℃時(shí),α-AlH3也會(huì)放出氫氣,故在工藝過程中不能對(duì)α-AlH3進(jìn)行加熱。

    表1 α-AlH3放氣量Table 1 Outgassing of α-AlH3

    3.1.2 吸濕性

    α-AlH3的動(dòng)態(tài)吸濕曲線見圖1。其中,開始60 ℃加熱曲線為α-AlH3干燥曲線。從圖1 可知,溫度30 ℃、相對(duì)濕度小于60%時(shí),α-AlH3樣品吸濕量很小,樣品質(zhì)量基本保持恒定;相對(duì)濕度達(dá)到70%后,α-AlH3樣品開始吸濕,樣品質(zhì)量隨時(shí)間增加呈加速增大趨勢(shì);濕度達(dá)到90%后,α-AlH3樣品吸濕速度達(dá)到最大,樣品質(zhì)量隨時(shí)間增加呈線性增大趨勢(shì)。所以,制備含α-AlH3炸藥樣品時(shí),實(shí)驗(yàn)室相對(duì)濕度不能超過60%。

    圖1 α-AlH3動(dòng)態(tài)吸濕曲線Fig.1 Dynamic moisture absorption curve of α-AlH3

    3.1.3 機(jī)械感度

    采用GJB772A-1997 方法601.1 和602.1 測(cè)試α-AlH3撞擊感度和摩擦感度。測(cè)試結(jié)果表明,α-AlH3撞擊感度Ib為0%,摩擦感度Pb為8%,故制備含α-AlH3凝聚相炸藥時(shí),鈍感包覆重點(diǎn)應(yīng)放在機(jī)械感度高的主炸藥上。

    安全性結(jié)果表明,α-AlH3機(jī)械感度較低,在相對(duì)濕度小于60%的室溫條件下不易吸濕,受熱極易放出氫氣。故含α-AlH3凝聚相炸藥制備工藝過程中不能對(duì)α-AlH3加熱,制備相對(duì)濕度應(yīng)小于60%。

    3.2 含α-AlH3凝聚相炸藥安全性

    對(duì)混合炸藥開展各項(xiàng)研究時(shí),一般要求其機(jī)械感度不大于40%。HMX 的撞擊感度和摩擦感度均為100%,α-AlH3的機(jī)械感度較低,因此降低含α-AlH3混合炸藥機(jī)械感度的要點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對(duì)HMX 的鈍感包覆。綜合考慮,設(shè)計(jì)了梯次控溫冷卻直接法的造型粉制備工藝,該工藝在高溫及降溫過程用石蠟對(duì)HMX 進(jìn)行鈍感包覆,待混合液溫度降至室溫時(shí)加入α-AlH3粉,實(shí)現(xiàn)對(duì)α-AlH3的混合與黏結(jié),可以避免對(duì)α-AlH3進(jìn)行加熱,保證了工藝過程的安全性。為研究含α-AlH3的HMX 基凝聚相炸藥釋能規(guī)律,設(shè)計(jì)了系列炸藥配方,見表2。

    3.2.1 造型粉機(jī)械感度與成型性

    采用梯次控溫冷卻直接法按照表2 配比制備炸藥造型粉,各配比炸藥造型粉的撞擊感度和摩擦感度測(cè)試結(jié)果見表3。從表3 可知,各配比造型粉機(jī)械感度較低,可以用來壓制藥柱。各配比造型粉在250 MPa 壓強(qiáng)下的壓力-密度曲線見圖2。

    表2 炸藥配比及組成Table 2 Proportion and composition of explosives

    表3 造型粉機(jī)械感度Table 3 Mechanical sensitivity of molding powder

    圖2 250 MPa 壓強(qiáng)下藥柱相對(duì)密度與α-AlH3含量關(guān)系Fig.2 Relationship between the relative density of compressed powder and the content of α-AlH3 at 250 MPa

    圖2 曲線表明,當(dāng)α-AlH3含量不超過10%時(shí),壓藥的相對(duì)密度在97%附近正常波動(dòng),當(dāng)含量超過10%后,炸藥的相對(duì)密度呈明顯下降趨勢(shì)。各配比炸藥使用的鈍感黏接體系材料與制備工藝相同,相對(duì)密度下降的原因可能是由于α-AlH3晶體為立方體狀[17],當(dāng)炸藥中含量較多時(shí),在壓制過程中不能與HMX 顆粒實(shí)現(xiàn)緊密排列,空隙較多導(dǎo)致的。

    3.2.2 造型粉的熱感度

    熱感度是含能材料安全性能的重要指標(biāo),5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)是一種常用的表征熱感度方法。按照GJB772A-1997 中方法606.1 測(cè)試了HQ-20、HQ-30兩種炸藥造型粉的5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)T5s,結(jié)果見表4。兩種炸藥的5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)均超過300 ℃,熱安全性較好。

    表4 造型粉的熱感度Table 4 Thermal sensitivity of modeling powder

    3.2.3 造型粉貯存穩(wěn)定性

    新型含能材料研究過程中,為提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,往往一次制樣多次使用,樣品的貯存穩(wěn)定性是確定樣品的安全使用規(guī)則的重要依據(jù)。HQ-30 炸藥配比中α-AlH3含量多,其貯存穩(wěn)定性數(shù)據(jù)在此類炸藥中有較強(qiáng)代表性。采用GJB772A-1997 方法601.1 和602.1測(cè)試不同貯存時(shí)間后HQ-30 炸藥造型粉的機(jī)械感度,結(jié)果見表5。

    表5 不同貯存時(shí)間后造型粉的機(jī)械感度Table 5 Mechanical sensitivity of molding powder after different storage time

    從表5 可知,隨貯存時(shí)間的增加,造型粉的機(jī)械感度呈增大趨勢(shì),貯存210 天后的造型粉撞擊感度和摩擦感度都超過40%。這是因?yàn)樵谫A存過程中,造型粉中的α-AlH3會(huì)分解少量氫,部分逸出,另外部分留在造型粉中。在受到外界機(jī)械刺激時(shí),α-AlH3中分解少量氫后形成的孔穴易變?yōu)闊狳c(diǎn),導(dǎo)致機(jī)械感度增加。此外,機(jī)械感度測(cè)試中的試驗(yàn)樣品與環(huán)境并未完全封閉,在受到外界機(jī)械刺激時(shí),留在造型粉中的氫與環(huán)境中的氧也會(huì)發(fā)生燃燒反應(yīng),導(dǎo)致造型粉的進(jìn)一步分解和爆炸,引起機(jī)械感度增加。因此,進(jìn)行各種試驗(yàn)時(shí),造型粉應(yīng)現(xiàn)用現(xiàn)制。

    3.3 爆轟性能

    3.3.1α-AlH3對(duì)HMX 基凝聚相炸藥爆轟參數(shù)的影響

    圖3 和圖4 分別是表2 中各炸藥配比的密度、爆速、爆熱和爆容隨α-AlH3含量增加的變化趨勢(shì)。圖3數(shù)據(jù)表明,隨著α-AlH3含量的增加,炸藥的爆熱和爆容呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),且爆熱數(shù)值與同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含鋁炸藥相當(dāng),與經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值相吻合。含鋁炸藥爆轟二次反應(yīng)理論認(rèn)為,鋁與高能炸藥爆轟產(chǎn)物發(fā)生了二次反應(yīng),這些反應(yīng)將炸藥中的氧元素轉(zhuǎn)移到鋁的氧化物中,氧元素轉(zhuǎn)移的過程伴隨著更多能量的釋放,是含鋁炸藥增加能量的主要來源。爆熱和爆容數(shù)據(jù)表明,凝聚相炸藥中的α-AlH3中的鋁元素可以與高能炸藥爆轟產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng),放出熱量。由于爆熱是在無氧環(huán)境中測(cè)試,α-AlH3中的氫元素主要以氣體的形式存在于爆轟產(chǎn)物中,有效增加了爆轟產(chǎn)物的體積。

    圖3 爆熱及爆容與α-AlH3含量關(guān)系Fig.3 Relationship between explosion heat and specific volume with content of α-AlH3

    圖4 數(shù)據(jù)表明,隨著α-AlH3含量的增加,炸藥的密度和爆速均呈下降趨勢(shì)。將裝藥密度、相對(duì)密度及HMX、黏結(jié)劑特征爆速代入U(xiǎn)rizar 公式計(jì)算α-AlH3特征爆速[15],得到α-AlH3特征爆速為6078 m·s-1,低于鋁粉特征爆速6850 m·s-1。炸藥密度下降是因?yàn)棣?AlH3晶體密度較低及壓藥相對(duì)密度降低,爆速下降的原因主要是α-AlH3特征爆速較低和壓藥相對(duì)密度較低。

    圖4 爆速和裝藥密度與α-AlH3含量關(guān)系Fig.4 Relationship between detonation velocity and charge density with content of α-AlH3

    3.3.2α-AlH3對(duì)HMX 基凝聚相炸藥做功能力的影響

    α-AlH3相對(duì)于鋁粉的突出特點(diǎn)是極高的氫含量,因其特征爆速低于鋁粉,故含α-AlH3炸藥爆轟作用研究應(yīng)側(cè)重于內(nèi)爆、水下這一類體現(xiàn)炸藥爆轟產(chǎn)物膨脹做功能力的領(lǐng)域[20]。炸藥對(duì)外做功過程分為高、中、低壓三個(gè)階段。高壓階段可用爆轟產(chǎn)物的C-J 壓力表征。彈道擺爆炸室體積為藥柱體積的30 倍,測(cè)試時(shí)藥柱不與彈丸直接接觸,所以彈道擺數(shù)值體現(xiàn)爆轟產(chǎn)物膨脹部分做功能力,約22%~32%[21],可以表征爆轟產(chǎn)物膨脹中壓階段做功能力。使用水下爆炸實(shí)驗(yàn)測(cè)試炸藥能量時(shí),爆轟產(chǎn)物對(duì)外做功時(shí)能量損失很少,近似絕熱過程,常用來表征炸藥總做功能力。

    炸藥對(duì)破片有效加速階段主要位于高壓及中壓階段,對(duì)應(yīng)炸藥沖擊波驅(qū)動(dòng)力和爆轟產(chǎn)物的膨脹力。炸藥總能量大小對(duì)水下毀傷有現(xiàn)實(shí)意義。使用鋁粉含量為30%的含鋁炸藥(HL-30)與HQ-30 炸藥進(jìn)行做功能力對(duì)比實(shí)驗(yàn),用爆壓(pC-J)對(duì)比高壓階段做功能力,用彈道擺威力(W)對(duì)比中壓階段做功能力,用水下能量(et)的TNT 當(dāng)量值對(duì)比總做功能力,并與爆熱的TNT 當(dāng)量值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表6。其中,水下能量et為樣品的沖擊波能es與氣泡能eb的和,水下能量TNT當(dāng)量用樣品的et除以對(duì)比TNT 樣品的et得到。爆熱TNT 當(dāng)量用樣品的爆熱除以TNT 爆熱4200 J·g-1得到。

    表6 炸藥的做功能力(TNT 當(dāng)量)Table 6 Work capacity of explosive(TNT equivalent)

    爆轟產(chǎn)物的C-J 壓力可以用公式(1)進(jìn)行工程計(jì)算[22]。

    式中,pC-J為炸藥C-J 爆轟壓,GPa;γ為爆轟產(chǎn)物絕熱指數(shù),為對(duì)比計(jì)算方便,值取3;ρ為混合炸藥密度,g·cm-3;D為混合炸藥爆速,km·s-1。

    彈道擺威力值為100%時(shí)絕對(duì)功W0為1297 kJ[21],將兩種炸藥的彈道擺威力值與W0相乘,可以得到兩種炸藥彈道擺的絕對(duì)功。爆轟壓和彈道擺絕對(duì)功計(jì)算結(jié)果見結(jié)果見表7。

    表6 數(shù)據(jù)表明,HQ-30 與HL-30 兩種炸藥對(duì)外總做功能力相當(dāng),當(dāng)量值與爆熱當(dāng)量值接近。表7 中數(shù)據(jù)表明,HQ-30 炸藥在高壓階段做功能力弱于HL-30炸藥,在中壓階段做功絕對(duì)值也低于HL-30 炸藥。含α-AlH3的凝聚相炸藥爆轟參數(shù)和做功能力研究表明,該炸藥發(fā)生爆轟反應(yīng)時(shí),α-AlH3與高能炸藥爆轟產(chǎn)物發(fā)生了二次反應(yīng),提高了炸藥的總能量,但二次反應(yīng)能量釋放時(shí)間較為滯后,為炸藥對(duì)外做功在高壓階段和中壓階段提供能量低于含鋁炸藥。

    表7 炸藥的做功能力Table 7 Work capacity of explosive of explosives

    3.3.3 含α-AlH3凝聚相炸藥爆炸反應(yīng)過程

    研究表明,對(duì)于CaHbNcOdAle類炸藥,爆轟產(chǎn)物組成與炸藥氧平衡有直接的關(guān)系。此類炸藥一般為負(fù)氧平衡,爆轟產(chǎn)物中CO2含量較少[22]。HQ 系列炸藥均為負(fù)氧平衡炸藥,計(jì)算炸藥爆轟產(chǎn)物組成時(shí),可以假定炸藥中C 元素在爆轟產(chǎn)物中以CO 和C 的形式存在,氫元素以H2及H2O 的形式存在,鋁元素以單質(zhì)Al 和Al2O3的形式存在,氧元素存在于CO、H2O 及Al2O3中,N 元素以N2的形式存在,故此類炸藥爆轟反應(yīng)方程式可寫為:

    依據(jù)化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量守恒定律有:

    依據(jù)爆轟產(chǎn)物氣體狀態(tài)方程有:

    依據(jù)化學(xué)反應(yīng)能量守恒規(guī)律有:

    混合炸藥爆熱:Qv=Qp+ 2.477n

    利用公式(1)~(6)計(jì)算含α-AlH3的HMX 基凝聚相炸藥(以1 kg 炸藥計(jì))爆轟產(chǎn)物組成,結(jié)果見圖5。從圖5 可知,隨著α-AlH3含量的增加,爆轟產(chǎn)物中的Al2O3、H2、C、Al 含量增加,N2、H2O、CO 含量下降,基本與α-AlH3含量增加呈線性關(guān)系,表明隨著炸藥中鋁元素含量的增加,氧元素在爆轟產(chǎn)物二次反應(yīng)時(shí)逐漸從H2O、CO 中轉(zhuǎn)移到Al2O3。爆轟產(chǎn)物中氫氣的含量迅速增加,表明炸藥中的氫元素未能與氧結(jié)合放出熱量,只增加了氣體產(chǎn)物的體積。

    圖5 含α-AlH3凝聚相炸藥爆轟產(chǎn)物組成Fig. 5 Composition of detonation products of condensed phase explosives containing α-AlH3

    3.3.4 氫氣反應(yīng)活性

    為研究含α-AlH3的HMX 基凝聚相炸藥爆轟反應(yīng)釋放的氫氣在有氧條件下的反應(yīng)活性,在氧氣壓力為0.1 MPa 的條件下,對(duì)HQ-30 炸藥和HL-30 炸藥進(jìn)行過氧爆熱測(cè)試,結(jié)果見表8,表中Qv表示無氧爆熱,Qv0表示氧氣氛圍下爆熱。從表8 可知,在密閉條件下,HQ-30 炸藥和HL-30 炸藥爆轟產(chǎn)物中的氫氣都可以與環(huán)境中氧氣發(fā)生反應(yīng)放出熱量。又α-AlH3燃燒熱高于鋁粉[1],所以HQ-30 炸藥過氧爆熱高于HL-30炸藥。

    表8 炸藥過氧爆熱Table 8 Detonation heat of explosive with excess oxygen

    α-AlH3在高溫下釋氫需100 μs 左右,且過程呈噴射狀[13],極為有利于氫氣在氣相介質(zhì)中的擴(kuò)散。燃料空氣炸藥發(fā)生云霧爆轟時(shí)體系呈正氧平衡,爆炸反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)且呈現(xiàn)振蕩爆轟特征,可以為α-AlH3分解釋氫提供良好的反應(yīng)環(huán)境。又α-AlH3燃燒熱高于鋁粉[1],氫氣在空氣中爆炸濃度范圍寬,點(diǎn)火能小,所以可以探索α-AlH3在燃料空氣炸藥反應(yīng)特性。

    4 結(jié)論

    (1)測(cè)試結(jié)果表明,自制α-AlH3機(jī)械感度低,環(huán)境相對(duì)濕度高于60%時(shí)吸濕明顯,加熱條件下易放出氫氣,處理α-AlH3樣品時(shí)應(yīng)控制環(huán)境溫濕度;采用梯次控溫冷卻直接法工藝制得的含α-AlH3的凝聚相炸藥造型粉機(jī)械感度低于40%,成形性良好;α-AlH3含量超過10%后藥柱成形相對(duì)密度隨其含量增加而降低;造型粉機(jī)械感度隨貯存時(shí)間增加而增大,建議樣品現(xiàn)用現(xiàn)制。

    (2)測(cè)試結(jié)果表明,α-AlH3的特征爆速為6078 m·s-1,含α-AlH3的HMX 基凝聚相炸藥與同質(zhì)量分?jǐn)?shù)含鋁炸藥相比,二者總做功能力相當(dāng),爆轟產(chǎn)物在高壓和中壓階段做功能力較低;α-AlH3中的氫元素在爆轟產(chǎn)物中主要以氫氣的形式存在,環(huán)境中有氧時(shí),氫氣可以與氧反應(yīng)放出熱量。

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