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硕士学位论文开题文献综述报告报告题目固液混合云爆燃料稳定性研究学号2220130040_______姓名陈婷婷___________导师梁慧敏___________研究方向危险物质与安全性二级学科安全技术与工程一级学科安全科学与工程学院机电学院_____2014年6月24日北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告1研究生简况姓名陈婷婷性别女出生年月198909学号2220130040入学时间20130902身份证号130524198909271528学科、专业安全科学与工程、安全工程本科毕业时间20130623本科毕业学校河北科技大学指导小组姓名职称工作单位签字导师梁慧敏讲师北京理工大学机电学院梁慧敏小组成员白春华教授北京理工大学机电学院白春华李建平讲师北京理工大学机电学院李建平刘庆明教授北京理工大学机电学院刘庆明文献综述报告成绩□优√良□通过□未通过导师评阅意见固液混合云爆燃料的稳定性对云爆燃料的生产、使用和储存都有很大的影响，研究固液混合云爆燃料的稳定性对目前的工程应用可以起到理论支持作用。本报告从固液混合云爆燃料的相容性、长贮性以及物理稳定性三方面出发，对相关领域的国内外现状进行了文献综述，基本上对该领域的研究现状有所了解，为今后自己的研究打下了基础，但在写作上，研究内容的归类还不够完善，有待进一步思考和加强。签字：梁慧敏2014年7月7日北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告2固液混合云爆燃料的稳定性研究1前言1.1研究背景及意义燃料空气炸药(FuelAirExplosives，简称FAE)是炸药领域里的一种新的爆炸能源，它自身不含氧化剂，与外界空气混合后即可发生氧化还原反应放出能量，实现对外界做功。燃料空气炸药的发展与战斗部技术(即燃料空气炸弹)的发展密切相关。燃料空气炸弹又叫云爆弹、云雾弹、窒息弹、气浪弹、油气弹等，所以FAE又可以被称为云爆燃料。自燃料空气炸药武器问世以来。人们对无论是在燃料配方、战斗部结构，还是在起爆方式等方面，都取得了长远的进步[1-3]。与常规弹药终点的高能炸药爆轰相比，云爆燃料的爆轰具有以下优点[4]：1）装药效率高。云雾爆轰反应产生的能量可达数倍TNT当量。2）爆轰体积大。爆轰体积是燃料装填体积的104倍量级。3）压力衰减慢且冲量大。4）毁伤因素多，包括复杂环境和隐蔽条件下的目标、暴露的面软目标、易燃易爆物质。鉴于以上的优点，各个国家开始将云爆弹的研究作为武器研究的一项重要课题。自20世纪60年代开始，美国和前苏联先后研制了型号繁多的燃料空气弹[5]。前苏联于70年代开始发展云爆弹，1975年第一枚云爆弹试验成功，其产品有OPAB-500云爆弹、‘什米尔’单兵云爆弹等。在越南、阿富汗、海湾战争中云爆弹已被广泛应用。美、前苏联已发展了几代云爆弹，研制出了许多种类。继俄、美之后，保加利亚、英国、瑞士等国也开始了相关研究，并且已发展到了相当先进的水平。我国对的FAE技术研究始于1976年，最开始是解剖研究美国的CBU-55炸弹。90年代，研制出了WPF89-1式80毫米步兵攻坚火箭，2012年在第九届珠海航展首次公开亮相了CS/BBF1型250公斤航空燃料空气炸弹。随着武器系统的不断发展，军事上对FAE综合性能的要求也不断提高。除了要求提随着武器系统的不断发展，军事上对FAE综合性能的要求也不断提高。除了要求提高其爆炸冲击波威力、热毁伤效应等外，对其物理稳定性、安定性、相容性以及在恶劣的环境下的适用性、贮存性等也提出了更高的要求。特别是军品，一般要求能够贮北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告3存15-20年，而燃料体系的物理稳定性是影响其长期储存和有效使用的重要性能。现代炸药在实际应用上，考虑尽可能的具有多方面性能，往往是由多种组分组成的混合炸药。炸药各组分的良好的安定性，组分内部之间及组分与外部接触材料之间良好的相容性是确保FAE武器安全可靠使用的必要条件。化学性能不稳定的炸药在贮存期间，不仅会改变爆炸性能，影响正常使用，甚至还可能发生爆炸，酿成严重事故。研究FAE燃料的安定性、相容性和物理稳定性对于提高FAE武器的安全可靠性以及贮存期限具有重要的意义。1.2云爆燃料的发展云爆弹的发展离不开云爆燃料。到目前为止，云爆燃料的发展经历了三个阶段：最早的云爆燃料选择的是易分散易爆轰的气体燃料[6,7]，如丙烷、丙二烯等；它的优点是起爆能量小、易于起爆和爆轰传播，缺点是装填密度太低，装药量不能满足武器需要。第二个阶段的云爆燃料是液态燃料[8,9]，目的是为了克服气体燃料装填密度低的问题，其中具有代表性的有美国的环氧乙烷、环氧丙烷，苏联的液体碳氢化合物；为了进一步提高云爆弹的威力，人们对云爆燃料的研究提出了更高而要求[10]，从而出现了第三代云爆燃料，第三代燃料为含镁铝等固态燃料的混合云爆剂。美国和俄罗斯等国家[11,12]先后开展了含高热值金属粉的云爆燃料的研究工作。研究工作采取两条路线：一是在原有燃料中添加金属粉，形成液固混合燃料；二是开展全固型云爆燃料的研究工作，开发一种全新的云爆燃料，目的是大幅度提高云爆弹装填燃料能量。北京理工大学、南京理工大学、西北核技术研究所等单位在这方面均做了大量的研究工作。2云爆燃料的稳定性研究现状固体云爆剂的稳定性包括物理稳定性和化学稳定性，物理稳定性是指云爆燃料在贮存运输过程中不发生沉淀、悬浮等分层现象的性质，化学稳定性是指燃料各组分之间在贮存过程中不发生化学反应的性质。目前，对固液混合态云爆燃料的稳定性研究主要有相容性研究、物理稳定性研究以及长贮性研究。2.1相容性研究现状2.1.1相容性的简单介绍混合组分相容性包括内相容性和外相容性[13]，内相容性是指混合炸药中各组分之北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告4间的相容性，外相容性是指炸药在使用过程中与接触材料之间的相容性。固液混合云爆燃料的相容性是指燃料与其他材料（包括不同燃料）混合或者接触时，体系的物理性质和化学性质与原组分相比，不发生超过允许范围的变化能力。组分相容性问题的提出是在20世纪30年代，美国的匹克汀尼兵工厂(PA)[14]发生了一次偶然的炸药爆炸事故，从此提出了相容性的问题，自1971年以来历届国际火炸药安定性会议的论文集中和各国的会议中就有许多关于火炸药相容性的论文[15-18]。近年来，美国每隔一年半就召开一次有关相容性的专题讨论会，发表了内容丰富的会议文集[19-21]。我国在60年代初期开始注意到相容性的问题，并且开始了一系列研究工作。2.1.2相容性研究方法炸药与接触材料的相容性研究为外相容性研究，目前测定炸药与相关材料的相容性方法主要有真空安定性实验方法、化学反应性试验方法、差热分析方法、差示扫描量热法、微热量热法等。这些方法的优点是快速、简便、经济、样品量少等，但是，为了在短期内能预测出炸药与材料之间长期接触后的相容性，几乎所用的相容性接触试验都是用加热等强化条件来进行加速试验的。实验温度太高不能代表使用过程中的真实反应历程。因此上述高温快速方法可以作为筛选炸药与相关材料的配方时使用。2.1.2.1真空安定性实验真空安定性实验(VacuumStabilityTest，简称VST)在测定炸药与接触材料的相容性方面应用最普遍，一般的实验条件为：单一试样(2.50±0.01)g，混合试样(5.00±0.01)g，质量比为1:1，在恒温(100℃)和一定真空度的条件下，将40h内放出气体的压力换算成标准状态下的气体体积，以单位质量试样放出气体的体积评价相容性[22]。即R=C－(A+B)；R—净增加的气体体积；mlC—1:1混合组分实验过程中释放气体的总体积；mlA、B—炸药组分和材料在相同条件下释放气体的总体积；ml评价判据为：R≤3ml/5g为相容；R=3ml-5ml/5g为中等程度相容；R≥5ml/5g为不相容。北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告5各国的实验装置基本上一致，但也有一些差别，主要有两个方面：一是，实验条件不完全相同，如温度、炸药与相关物的混合比率、实验时间的长短以及试样重量；二是，各国的评价标准都不相同。英国的ERED的评价标准与美国略有差别，他们规定，当炸药与相关物的比例为9:1，温度为100℃或者120℃(对于黑索金为150℃)连续加热40h(泰安为25h)，净放出气体的体积＜5ml/5g者为相容。荷兰技术实验室对净增气体的计算方法与前两者均不一样，R=C-(0.9A+0.1B)（符号意义同上）来作为炸药与接触材料相容性的判据。真空安定性法有简单方便的优点，取样较多，实验结果较稳定，缺点是因为该法是测量分解的气体体积，所以凡有溶剂或挥发物存在时都会影响试验结果的准确性。2.1.2.2化学反应性实验20世纪60年代发展起来的化学反应性试验克服了真空安定性实验的只能测定气体总量，不能测定气体产物组分和含量的缺陷[23]。该方法的反应容器与真空安定性实验完全相同，试验样品量为0.5g，炸药与相关材料以1:1混合均匀，在抽空并充入氦气的情况下，在120℃的浴中连续加热22h，用气相色谱法测定分解气体产物中的N2、O2、CO2、NO、N2O、CO等气体的含量，采用系数R作为判据：R=Vm/(VE+VI)，式中：Vm—炸药与相关材料1:1混合后放出气体的总体积；VE—炸药放出气体的总体积；VI—接触材料放出气体的总体积。根据经验提出R＜1.5为不反应；1.5＜R＜3是介于反应与不反应之间；R＞3为反应。2.1.1.3差热分析20世纪70年代初，差热分析方法在相容性研究方面得到了广泛的应用。差热分析(DifferentialThermalAnalysis，简称DTA)是[24]在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，差热分析是一种主要与焓变测定有关并借此了解物质有关性质的技术。国内外学者在炸药、高聚物等方面做了大量的实验研究。美国的LeoReich[25]在1973年利用DTA的方法测定了含能高聚物的相容性实验，北京理工大学硕士学位论文开题文献综述报告6测定高聚物热解时候的动力学参数，例如活化能和反应级数来确定该髙聚混合物的组分相容性。左玉芬等人[26-38]利用VST、TG、DTA和微热量热计等方法研究了JB09013体系中的单组分之间的内相容性以及这些单组分同CG47-2#胶之间的外相容性，他们还运用TG-DSC联用仪、真空安定性(VST)实验等方法对三种高聚物粘结炸药的热安定性及其与铝、铜、不诱钢的材料相容性进行了对比研究[29]。对于差热分析相容性的判据，美国Honeywell公司首先提出了用DTA来评价相容性，标准规定纯炸药和混合物的分解峰温之间的差值将相容性定为A、B、C、D四个等级，如表1所示，表1DTA相容性等级纯炸药与混合物放热峰温度差（℃）等级相容性0-2A相容3-5B轻度敏感，可短期使用6-15C敏感，最好不用＞15D危险，禁止使用A.J.WBrook[30]认为：DTA法由于仪器的灵敏度不够高，只得将炸药在较高的温度下快速分解，试样的重量太少(约5毫克)，在某些情况下，由于试样的不均匀性结果带来误差。另外由于在能量转变过程中尚不清楚试样导热性的变化规律，难于确定温度差和能量变化间的比例，所以DTA输出的信号只是大致与发生反应的大小成比例，因而是定性的，至多是半定量的。2.1.1.4差示扫描量热法差示扫描量热法是在差示热法分析的基础上发展起来的。1964年Watoon和O.Neill等人[31]发明了差示扫描量热法(DifferentialSeanningCalorimetry--简称DSC)，解决了差热分析法(DTA)不能解决的定量分析。差示扫描量热法（DSC）是在程序控制温度下测量输入到物质(试样)和参比物的能量差与温度(或时间)关系的一种技术。自从DSC技术出现以后人们对炸药的相容性的研究又进了一步。1974年，BernardSchneier[32]利用DSC方法测定了