高能硝胺炸藥的熱分解

前言

高能硝胺炸藥在火炸藥領(lǐng)域占據(jù)重要地位，而熱分解研究對于高能炸藥配方設(shè)計(jì)、性能評估研究等具有重要意義?！陡吣芟醢氛ㄋ幍臒岱纸狻肪褪沁@兩方面的很好結(jié)合。本書涉及的炸藥包括目前廣泛使用的硝胺類高能炸藥黑索金（RDX）、奧克托金（HMX）、新炸藥2，4，6，8，10，12一六硝基六氮雜異伍茲烷（HNIW，CL一20）、1，3，3一三硝基氮雜環(huán)丁烷（TNAZ）以及模型化合物二甲基硝胺（DMN），涉及的內(nèi)容包括在氣相、熔融態(tài)、溶液及固相中的熱分解行為和機(jī)理的實(shí)驗(yàn)與理論研究；高能炸藥的結(jié)構(gòu)～性能關(guān)系探討；量子化學(xué)理論在上述研究中的運(yùn)用等。全書有兩條主線：第一條以高能硝胺炸藥及其模型化合物二甲基硝胺熱分解機(jī)理研究為主線，介紹了高能炸藥在不同狀態(tài)下熱分解規(guī)律及分解機(jī)理，研究方法與手段的最新發(fā)展動態(tài)，將炸藥工程應(yīng)用（配方設(shè)計(jì)、性能評估、庫存老化研究、分析表征手段等）以及應(yīng)用基礎(chǔ)研究（炸藥結(jié)構(gòu)與性能、含能材料設(shè)計(jì)、延壽機(jī)理與途徑等）很好地結(jié)合起來；第二條是全書在研究手段與方法、炸藥機(jī)理、結(jié)構(gòu)與性能研究方面都凸顯了理論與實(shí)驗(yàn)研究、宏觀與微觀的結(jié)合。本書的顯著特點(diǎn)是總結(jié)了關(guān)于高能硝胺炸藥熱分析、熱分解的國內(nèi)外最新研究成果和發(fā)展動態(tài)，尤其反映了作者在高能硝胺炸藥在溶液中熱分解研究方面取得的成果：首次系統(tǒng)闡述了硝胺類高能炸藥在幾十種溶劑中的熱分解行為，第一次公開報(bào)道了高能硝胺炸藥在如此多溶劑中的熱分解常數(shù)，證實(shí)了俄羅斯科學(xué)家、諾貝爾獎獲得者H.H.CeMenOB提出的炸藥鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的假設(shè)；本書也反映了中國工程物理研究院化工材料研究所在高能炸藥結(jié)構(gòu)一性能、熱分解機(jī)理方面取得的理論研究成果。國內(nèi)外還未見有高能硝胺炸藥熱分解專著出版。我院楚士晉研究員于1994年編寫的《炸藥熱分析》一書主要介紹常用的熱分析儀器和方法，蘇聯(lián)于20世紀(jì)60年代出版過《炸藥熱分解》、俄羅斯于20世紀(jì)90年代初出版過《火炸藥的熱分解和燃燒》，對硝胺類高能炸藥涉及不多，只以章節(jié)形式進(jìn)行了較簡單介紹，更沒有涉及一些新炸藥的熱分解研究。本書針對高能硝胺炸藥（增加了新炸藥CL一20、TNAZ）突出其在氣相、溶液、熔融態(tài)的熱分解行為和機(jī)理研究，介紹了新的研究手段和方法，首次大量、系統(tǒng)地闡述了高能硝胺炸藥在溶液中的熱分解行為，并介紹了量子化學(xué)、量子力學(xué)、分子動力學(xué)等在熱分解研究中的應(yīng)用。全書體現(xiàn)了專業(yè)的前沿和最新進(jìn)展，有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、邏輯性、完整性和實(shí)用性，它的出版和公開發(fā)行，定會對從事火炸藥合成、配方設(shè)計(jì)、熱性能研究及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員有重要的參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

　　本書是論述高能硝胺炸藥在氣相、熔融態(tài)、溶液和固相中熱分解行為及機(jī)理的專著，介紹了新的研究方法和手段，首次較系統(tǒng)地闡述了高能硝胺炸藥在溶液中的熱分解行為，并介紹了量子化學(xué)計(jì)算在熱分解研究中的應(yīng)用，反映了該領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)和理論研究成果及最新進(jìn)展。全書共分8章。第1章概述硝胺類高能炸藥熱分解研究意義和作用。第2章介紹了目前炸藥熱分解研究的新技術(shù)和新手段。第3章～第7章分別介紹了高能硝胺炸藥RDX、HMX、CL-20、TNAZ以及模型化合物DMN在氣相、熔融態(tài)、溶液和固相中的熱分解行為／機(jī)理的實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果。第8章討論了炸藥結(jié)構(gòu)與主要性能的關(guān)系，是炸藥熱分解研究的重要內(nèi)容?！　”緯怀隽肆孔踊瘜W(xué)、量子力學(xué)、分子動力學(xué)等在炸藥熱分解研究中的應(yīng)用，顯而易見，它們是高能炸藥研究中重要的理論工具?！　”緯晒氖禄鹫ㄋ幒铣?、配方設(shè)計(jì)、熱性能研究及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材，適合大學(xué)生、研究生和教師閱讀。

作者簡介

舒遠(yuǎn)杰，中國工程物理研究院化工材料研究所研究員，獲俄羅斯科學(xué)院化學(xué)物理問題研究所博士學(xué)位，博士生導(dǎo)師。
　　從事含能材料實(shí)驗(yàn)和理論研究工作。獲國防和軍隊(duì)級科技進(jìn)步獎多項(xiàng)；已發(fā)表SCI、EI收錄論文80余篇。榮獲“鄧稼先科學(xué)技術(shù)獎”、俄羅斯科學(xué)院化物所“巴杜林青年學(xué)者獎”等。《含能材料》副主編，《Central European. Journal of Energetic Materials》、《火炸藥學(xué)報(bào)》編委。

書籍目錄

第1章　概述　1.1　高能硝胺炸藥熱分解研究的必要性　1.2　炸藥熱分解研究中幾個值得關(guān)注的問題　1.3　高能炸藥熱分解的一般規(guī)律　　1.3.1　氣相反應(yīng)　　1.3.2　液相反應(yīng)　　1.3.3　固相反應(yīng)　參考文獻(xiàn)　　第2章　熱分解研究的技術(shù)與方法　2.1　熱分解研究的實(shí)驗(yàn)方法　　2.1.1　量氣法　　2.1.2　熱重法　　2.1.3　量熱法　　2.1.4　氣體產(chǎn)物分析法　　2.1.5　改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法和其他技術(shù)　2.2　研究炸藥熱分解的理論方法　　2.2.1　量子化學(xué)方法　　2.2.2　從頭算分子動力學(xué)模擬　　2.2.3　過渡態(tài)理論及其變種　參考文獻(xiàn)第3章　DMN的熱分解　3.1　硝胺類炸藥熱分解研究的模型化合物　3.2　DMN在氣相中的熱分解研究　　3.2.1　實(shí)驗(yàn)研究　　3.2.2　計(jì)算方法研究　　3.2.3　DMN熱分解初始步機(jī)理的理論研究　　3.2.4　N02與DMN反應(yīng)研究　3.3　DMN在溶液中熱分解研究　參考文獻(xiàn)第4章　RDX的熱分解　4.1　二級硝胺結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性以及動力學(xué)數(shù)據(jù)　4.2　氣相及熔融態(tài)RDX的熱分解　4.3　RDX在溶液中分解　　4.3.1　RDX在溶液中分解的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法　　4.3.2　RDx在溶液中分解動力學(xué)　　4.3.3　溶劑的動力學(xué)同位素效應(yīng)　　4.3.4　鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中抑制劑的影響　　4.3.5　分解產(chǎn)物　　4.3.6　RDx在惰性溶劑中熱分解機(jī)理　　4.3.7　籠型效應(yīng)　　4.3.8　RDX在活性溶劑中分解機(jī)理　參考文獻(xiàn)第5章　HMX的熱分解　5.1　氣相與熔融態(tài)的熱分解　　5.1.1　氣相及熔融態(tài)HMx的熱分解　　5.1.2　HMX動力學(xué)KDIE效應(yīng)研究　　5.1.3　HMx熱分解理論研究　5.2　溶液中的熱分解　5.3　HMX在固相中的熱分解　參考文獻(xiàn)第6章　CL-20的熱分解　6.1　CL-20在凝聚態(tài)的熱分解　　6.1.1　CL-20的基本熱性質(zhì)　　6.1.2　CL-20的熱分解動力學(xué)及機(jī)理　6.2　CL-20在溶液中的熱分解　參考文獻(xiàn)第7章　TNAZ的熱分解　7.1　TNAZ熱分解的實(shí)驗(yàn)研究　　7.1.1　TNAZ的熱性質(zhì)　　7.1.2　TNAZ的熱分解機(jī)理　7.2　TNAZ熱分解的理論研究　參考文獻(xiàn)第8章　炸藥結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系　8.1　結(jié)構(gòu)與能量之間的關(guān)系　　8.1.1　高能量密度炸藥的主要類型　　8.1.2　影響炸藥能量的一些因素　　8.1.3　高能炸藥結(jié)構(gòu)與能量關(guān)系理論研究方法　8.2　結(jié)構(gòu)與安定性的關(guān)系　　8.2.1　結(jié)構(gòu)與感度的關(guān)系　　8.2.2　結(jié)構(gòu)與熱安定性的關(guān)系　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

插圖：高能炸藥進(jìn)行快速化學(xué)反應(yīng)速率受起爆條件的影響很大。例如，炸藥能夠燃燒，該過程可以看成是反應(yīng)波以亞聲速向未反應(yīng)炸藥傳播；炸藥也能夠在沖擊波作用下發(fā)生爆轟，該過程可以描述為反應(yīng)波以超聲速向未反應(yīng)炸藥傳播。上述兩種情況下的反應(yīng)產(chǎn)物及其濃度是不相同的。而且，這些過程是在極端溫度和壓力條件下發(fā)生的，使得實(shí)驗(yàn)研究比較困難。這些還僅僅是研究高能炸藥發(fā)生反應(yīng)詳細(xì)過程如此難以進(jìn)行的部分原因。當(dāng)然，這些原因也是研究的動力所在。這些困難要求必須提出新的理論方法、模型及設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識含能材料各種反應(yīng)過程的細(xì)節(jié)。到目前為止，對高能炸藥的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作主要是圍繞評估其性能而開展的。研究的主要目的是希望能夠定量化其釋放出多少能量，弄清楚關(guān)鍵的反應(yīng)機(jī)理，或者是研究能夠控制能量釋放的方式和方法。當(dāng)然，高能炸藥對環(huán)境的影響與高能炸藥的安全性能是人們關(guān)注的又一重點(diǎn)內(nèi)容，如毒性、處理性能、燃燒特性、反應(yīng)產(chǎn)物對燃燒物本身的影響、對地下水／土壤的污染問題、對環(huán)境的友好程度、高能炸藥銷毀、壽命問題（化學(xué)安定性）、儲存、處理以及對各種刺激的易損性等問題?，F(xiàn)在各國都立法要求對火炸藥進(jìn)行回收處理。這些材料本身非常危險(xiǎn)，當(dāng)無法經(jīng)濟(jì)地回收時，銷毀是處理的唯一選擇，為此，銷毀時對環(huán)境的影響必須加以考慮。認(rèn)識火炸藥的熱行為對于有意識尋找最好的處理途徑也是必須的。它可以保證銷毀或處理過程的安全，對環(huán)境影響降低到最小程度，并且可以降低成本。此外，高能炸藥熱行為的知識還可用于選擇儲存條件（最大儲存溫度的確定）、預(yù)測壽命、預(yù)測預(yù)防事故的發(fā)生、預(yù)測過程中變化的現(xiàn)象（相變、燃燒變化）、確定點(diǎn)燃溫度等。在炸藥制造、加工、運(yùn)輸和儲存時，人們非常關(guān)心高能炸藥的熱行為，需要回答一系列問題：何時反應(yīng)會發(fā)生，發(fā)生的強(qiáng)度如何，何時會發(fā)生明顯的變化？

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