基于纳米CL-20的直写炸药墨水设计与性能研究

安全快速的微装药技术是MEMS引信发展必须突破的一项关键技术。直写技术作为一种新兴的微装药技术，以其安全、可批量沉积和精确图形化的特点，在MEMS引信研制领域具有重要的应用价值。具有高固含量、良好流动性和小临界尺寸的炸药墨水是实现MEMS引信中炸药直写沉积的关键。本项目以纳米六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基炸药墨水为研究对象，拟通过研究炸药墨水的组成、结构对其流变性能的影响，实现对炸药墨水固含量、流动性和临界尺寸的调控，并对其燃烧和传爆性能进行表征，旨在获得固含量高、流动性好、临界尺寸小的纳米CL-20基炸药墨水的配方设计方法。并采用直写技术实现纳米CL-20基炸药墨水在小尺寸下的精确沉积，获得直写沉积效果（沉积膜层线宽、膜厚等）对纳米CL-20基炸药墨水的燃烧、传爆性能的影响规律。研究结果对于降低炸药墨水的临界尺寸，从而推动直写技术在MEMS引信微装药领域的应用具有重要的意义。

含能材料的新型制备方法和技术一直是该领域的研究热点，发展新的增材制造方法和技术对于先进武器的设计和应用具有重要价值。高效可靠的微装药技术是发展新型MEMS引信、微纳含能器件设计的一项关键技术。直写技术作为一种新兴的微装药技术，以其安全、可批量沉积和精确图形化的特点，在MEMS引信、微纳含能器件研制领域具有重要的应用价值。.本项目基于当前能量最高的六硝基六氮杂异五兹烷（CL-20）炸药，开发了微/纳米CL-20制备的的机械球磨法和喷射结晶法，解决了CL-20在溶剂和热诱导下易转晶的难题；发明了喷雾－静电重结晶方法（USEA），设计了专用装置，并成功制备出平均粒径为200 nm的纳米β型CL-20炸药，该方法可以制备多种纳米炸药（FOX-7、HMX）；基于USEA的方法，在国际上首次合成了纳米CL-20/HMX含能共晶，为含能共晶化合物的制备开辟了新方法，该方法具有安全性好，易实现工程化的特点。.基于微纳米高能炸药CL-20，开展了炸药墨水的设计及制备技术研究，研究并提出了纳米炸药墨水配方设计准则，获得了乳液性和非乳液性两类墨水配方。获得了墨水组分（粘结剂、溶剂和固含量）对其流变性、挥发性、书写特性以及稳定性的影响规律，实现对炸药墨水固含量、流动性和临界尺寸的调控，获得了固含量高、流动性好、临界尺寸小的纳米CL-20基炸药墨水配方。.研究了CL-20在墨水体系中的转晶行为与机制，获得了黏结剂种类对CL-20固-固转晶温度的影响规律：聚乙烯对CL-20的转晶温度基本没影响，聚叠氮缩水甘油醚和多异氰酸酯使CL-20的转晶温度分别提前了15 ℃和20 ℃，而聚乙烯亚胺和聚乙烯吡咯烷酮使CL-20的转晶温度延后了20 ℃和25 ℃；初步阐明了粘结剂对CL-20转晶过程的抑制和加速机制，该研究成果对设计长贮性能稳定的CL-20基炸药墨水的配方设计有重要的指导意义。.设计了直写技术平台实现纳米CL-20基炸药墨水在小尺寸下的精确沉积，获得直写沉积效果（沉积膜层线宽、膜厚等）对纳米CL-20基炸药墨水的燃烧、传爆性能的影响规律。最终可获得固含量为95%，黏度为66.8 Pa•s，流动性较好，书写沉积线条表面和剖面均致密，且书写前后CL-20的晶型保持不变，爆轰临界尺寸为0.4 mm * 0.4 mm 的炸药墨水配方以及直写技术。