美国高能量密度物质研究综述

１９９１年】２月　厨体峡箭技术　第四期　美国高能量密度物质研究综述　郑刽　（湖北襄粪市１５６信箱）　

摘要高能量密度物质（Ｉ－ＩＥＤＭ）是美国１９９１年度二十项关键技术之一，为了引起国内对　ＨＥＤＭ研究的重视，概述了ＨＥＤＭ的研究概况，重点介绍了ＨＥＤＭ中有机化舍物的研　究状况．　主题词商能推进热含能材料固体火毓氧化　固体推进裁添加剂火炸药　

ｌ　ＨＥＤＭ概况ｎ～＿ｊ】　高能量密度物质ｆＨＥＤＭ）起源于１９８５年美国空军　展望Ⅱ　（ＦｏｒｅｃａｓｔⅡ）计划确定的　七十个技术研究领域的研究结果．ＨＥＤＭ的主要目的就是开发出能量密度（能量／质量　或体积）超过目前使用的火箭推进剂、炸药和其它含能材料的物质．　美国自１９８７年以来召开过四次ＨＥＤＭ会议，而且根据研究工作所取得的阶段性成　果，美国国防部已将它列为１９９１年度二十项关键技术之一．此外，ＨＥＤＭ在苏联　北约　国家、日本等也进行了相当程度的研究．　

２　ＨＥＤＭ的研究领域和效益ｎ～３）　

２．１　ＨＥＤＭ的类型　ＨＥＤＭ涉及到相当广泛的化学物质及其它体系．主要有以下几类：化学束缚激化态　（ＣＢＥＳ）分子；高能基态分子；亚稳态分子；高张力分子；异常键型分子等．根据　Ｄａｖｉｄ　Ｍｏｒｇａｎ的评论，可具体分为下面的类型．　ａ．若目前使用的火箭燃料和其它高能物质在制成炸药时不产生能量损失，则可能成　为ＨＥＤＭ．　ｂ．新型的有机化合物如ＣＬ－２０，ＨＮＦＩＡＡ等．这些化合物提供的能量增益约在　１０％￣２０％左右．　ｃ．异常或新型键型的分子．键型包括超价链　氢桥键，键角异常键和异常环键（如　三角键、菱形键、立方键、二聚键等）．这类物质在ＨＥ１）Ｍ中占有较大比例．例如．　Ｎ２０２－Ｏ３（等边三角形），Ｈ３，Ｎ，－ｑＨ．，Ｏｓ，（ＮＨ　，ＣＩＦ５Ｏ．ＭｇＣ２，Ｎ２ｃｏ等．理论　研究表明Ｎ　ｏ有希望成为火箭氧化剂．此外，也包括硼或镀及二者的氧化物．　ｄ．包括重稀有气体原子的分子如ＣＨ３（ＣＦ２）２ＫｒＦＣ］，已经合成出了一些感兴趣的化合　物．　’　ｅ．激化态的原子．　

５５—　ｆ．亚稳态分子．如ＮＦ，就是一个理论和实验都显示有希望作为火箭滁辩构例子．　ｇ．其它激化态分子（包括处于高自旋态的分子），如高自旋的ＣＯ分子即被研究过．　ｈ．固体基质中植人自由基的物质。自由基可以是愿子或分子．可以是带电荷的或中　性的．它们在晶体或晶格结构中可能没有固定的位置．对这娄咎凌进暂了相当多的研究．　如将Ｈ原子植入固态氢中．ｃｊ　植入固态Ｘｏ中．　ｉ．原子簇、分子壤、微粒（荷电妁或中性　，游离的或藿于其它秘质中的）簇。铡　如．Ｈ　和Ｈ　植入固态氧申可能成为一种火箭燃料，植Ａ液态薯中作为氧化剂，其比冲　是目前能获得的两倍．　Ｊ．畸变晶格（点阵）。白于瓿藩弗变．每个分子岔书襁当天的能量，此岁｝，还宙有额外　的化学能．可通过物理应力　辐射或其它方法导致畸变．　物理方法制造的微观混合物．把潜在作用物充分接近，使其按要求发生作用（冲　击或光引发），这可通过取向生长　压力、剪帮　原子豪植＾等方法获得．　１．冲击波或　化学波　产生的化台物或湿合物．苏联正在作这育面灼研究．　ｍ．核物质．　ｎ．粒子物质．如反质子和正电子．因为这类粒子在遇到常规物质时释放出大量的湮　灭舱．　ｏ．耗散亚稳态物质．此类ＨＥＤＭ通过连续能量流维持其亚稳态。　

２．２　ＨＥＤＭ的应用和效益　’　由于ＨＥＤＭ巳广泛应用于多种类型的武器，因此美国将其列为一项关键技术。　ＨＥＤＭ的研究开发将在下列领域中哿到应用。　ａ．高燃速、低信号特征，商性能的战略和战术导弹推进荆．　ｂ．具有更高杀伤力的战斗部，用以抵消脱靶距离增加的影响，并使得采用较小的战　斗部、更多的推进剂和获得更大的射程成为可能．　ｃ．薪一代水下爆炸物，以增加硝潜艇结构的破坏力．　ｄ．高性能的聚能装药。以增加穿甲能力．　、　ｃ．高性能的运载火箭和空间用的轨道转移火箭．　新型天基高速动能杀伤弹．　ｇ．高度下敏感的和抗藏慑的棱武器，　ｈ．具有更高速度和性能的新型蝠火弓；发器．　除了大幅度地提高性能之外，ＨＢＤＭ还将降低危涟性，减少易损性　增加可靠性和　延长服投寿命．　例如１９８７年首次舍或的新型有枕　一ＣＬ－２０，其应用将　一些蛙箍产生显著影响．　如以ＣＬ－２０为基的箍体推进剂助接力增加ｌ７％，这使冲压式巡航导弹的射程增加了　５０％，从而可以从更安全　更深处的平台发封导弹；以ＣＬ－２６为基础的能弹装药可使坦　克炮的射程增加１．２ｋｍ，并使弹速增加５０ｍ／ｓ，　

３］Ｆ［ＥＤＭ中的有胡　￡岔　焉宠　尽管ＨＥＤＭ涉及范围较广（ａ．孚纯学的各个方面ｊｊ煎萁　’匏有帆化台物仍是十分重　５６—　要的．因为它们在目前看来是可能性与现实性的最佳结合．如已开发出的ＣＬ－２０和计赵　中的ＨＮＨＡＡ均属这类ＨＥＤＭ．　美国三军和能源部（ＤＯＥ）、芝加哥大学　斯坦福研究所（Ｓｇ１）等对ＨＥＤＭ中的有　机化合物研究十分感兴趣，并投人了大量的力量．　

３。１　有机ＨＥＤＭ的研究目的和原则　有机ＨＥＤＭ的台成方向是获得能量超过ＨＭＸ而感度与ＴＡＴＢ接近的化合物．　由于提高生成热或改善氧平衡往往导致能量和感度的同时提高．Ａｄｏｌｐｈ等研究表明　增加晶体密度与其感度变化是独立的．即不会直接导致其感发的增加．而密度的增加将对　能量性能产生显著增益（如爆压，　＝ｐ　／（　１），而　与Ｄ均与Ｐｏ有线性关系，所　以，　ＬＯＯｐ。）．另外对有限空闯的装药量也有提高．因此，高密度化台物的研究也就自然　成为ＨＥＤＭ研究的重要原则和组成部分．　对于潜在的古能材料筛选的指导原则就是利用已有的或正在发晨起来的理论或经验方　法来圊答下面的问题，以减少合成工作的盲目性．　ａ．能量密度是否高出ＨＭＸ的５％，爆压、爆速是否比较高？　ｂ．对外界刺激（如撞击、摩攘、火花等）的敏感性是否低于ＨＭＸ而接近ＴＡＴ＇Ｂ７　ｃ．化学和热稳定性是否良好７　ｄ．合成路径是否复杂、实用？　这就要求对预选材料的生成热、密度　爆炸特性．感度　稳定性等进行估算．　

３．２有机ＨＥＤＭ的类型　ＨＥＤＭ中的有机化台物主要类型包括：ａ．多面体烷的含能取代衍生物；ｂ　硝基、硝　胺基二氟胺基笼状化台物：ｃ．多环硝基杂环化合物；ｄ．，Ｊ、环张力化合物；ｅ．呋艰稠环硝胺　等．　３．２。ｔ多面体烷含能取代衍生物　这类物质主要有立方烷和正四面体烷衍生物，　立方烷是一种从结构到性质均很特熟的化台物，于１９６４年由Ｅａｔｏｎ台成，具有Ｏｂ　对称．由于其ｓ　杂化的碳原子在成键时键长　键角都极大地偏离正常情况．分子中引入　了张力。实验测定其生成热为＋１４４．５±５．４ｋＪ／ｔｏｏ！　相应张力为６９５ｋｊ／ｒａｏ１．另外，立　方烷的密度显著高于一般碳量化台物　；ｔ．２９ｇ／ｃｍ　），且分子相当稳定，加热到２Ｏ０℃　也不分解，表现出良好的动力学稳定性．立方烷的这些特点使其成为ＨＥＤＭ的候选物之　如果把含能基团引入立方烷骨架上，将会产生新一代致密高能材料．啻！Ｉ如，八硝基立　方烷［ＤＮＯ）预估密度为２．１０ｇ／ｃｍ　其预估性能将比ＨＭＸ高２５％左右．初步的计算结　果表明．萨达姆战斗部用ＯＮＣ代替ＬＸ－１４高能配方可将侵彻度提高３４％．　１’３７年，Ｃｈｉｃａｇｏ大学、ＳＲＩ和Ｍｏｒｔｏｎ　１ｈｉｏｋｏｌ公司开始对高能立方烷进｛ｊ台歧与　性能预估研究。基于理论和经验计算　确认了一些目标分子．主要有：硝基　方烷，Ｎ，　Ｎ一二硝基立方烷、立方烷过氯酸碲，　ｗ茂蔓碧　．一．Ｎ一二氟艘基立方靛、Ｎ一氟一Ｎ一　鞘睫基立方靛、Ｎ一（２　２　２…三书苍　誊卜　一　，　一　７　文一硝箍　基　“－－硝煞基立方靛等等．　５　一～　日靛己合成出四取代的立方烷衍生物．对已经舍成的部分化台物的性能评价显示出其　潜在的希望．如Ｎ一磅基一Ｎ＇－ｉｌＺ硝基一双　，　一二硝基一　氟代己基）一Ｉ，４－－胺基立方烷　（Ｉ）与ＨＭＸ（ＩＩ）的性能比较如下：　

Ｉ　Ⅱ　密度（ｇ／ｃｍ　１．８２７（实浏）　１．９０（实浏）　爆压（ＭＰａ）　３５１００　３７１００　攥速（ｍｍ／ｐ曲８．９　９．０　

考虑到１只是二取代聂不具备足够的氧平衡，其性能是很可观的了．　裘ｌ和表２分另　列出了部分立方烷衙生物作为推进剂组分和炸药的预估性能．　

表ｌ部分四取代立方烷作为推进剂组分的性能估算　密睦　生成热　通式：ｃＩｌ王．（ｘ）ｔ～＼　（ｇ／￣ｍ３）　（ｋＪ／ｍｏＤ　

取代基　分子式　／　／　ＮＯ２　ｃＩＨ‘Ｎ‘０ｔ　Ｉ＿８７　＋２９７．１　ＯＮＯｌ　ｃ＿Ｈ‘Ｍ０ｌ】　Ｉ＿９４　＋Ｉ３８．１　ＮＩＩＮＯ２　ｃｌＨｌＮｌ０Ｉ　Ｉ＿８６　＋∞．４　Ｎ（ＮＯ０ｔ　Ｃ０ｇ４Ｎ１ｉＯ“　２．０２　＋１０４６．０　Ｃ（ＮＯ　）】　Ｃｌ　．Ｎ１　Ｉ＿９６　＋ｌ６７．４　ＮＦｉ　ｃｌＨ‘Ｎ｜ＦＩ　１．９２　４４３Ｉ＿０　ＮＮＯ　ＯＮＮＯ２　ｃｌ　Ｎ１０柚　２０Ｉ　４４５１．９　ＯＯ．．Ｏ　ｑＨ．０Ｉ‘口．　＞２．ｏｏ　“１８．４　Ｎ（Ｎｏ１）ｃＨ　（ＮＯ　，　ｃ１　ｌ　，　１．８争　＋２９２．９　Ｎ０阳　ｃＨｌａ［Ｎ０１ｋＦ　ｃ１　Ｉ　“ＮＩ‘Ｆ．　ＩＪ８６　—３２２．２　ＣＯ￣ＣＩＩ２Ｃ（ＮＯＯ，　ｃ　Ｉ　Ｉ２Ｎｌ】　Ｉ．８２　－１２８８．７　ＣＯ２ＣＨ￣Ｃ（ＮＯ２　Ｆ　ｃ　毛　ｌＦ．　１．７７　－Ｉ８９９．５　ＡＰ　ＮＥ　‘ａ０‘　１．９５　－２了６．１　ＨＭＸ　ｃ　ｌＮ。０．　Ｉ＿９ｌ　＋了４．９　

５８—