李媛媛 南海 郑亚峰

摘 要：从基础性能、能量特性、配方应用三个方面综述了新型不敏感含能材料5，5-联四唑-1，1-二氧化物二羟铵（TKX50）在国内外火炸药中的研究进展情况。附参考文献36篇。

关键词：含能材料；TKX-50；能量；配方

一、 基础性能

1.1 理化性能

TKX-50炸药的合成得率很高，收率达到81.7%，甚至可达到94.1%。TKX-50氮含量为59.3%，晶体密度为1.879g·cm-3，纯度高于99.5%。毕富强等人采用密度瓶法，以无水乙醇为介质，测得HATO的真密度为1.812 g/cm3。该数值稍低于晶体密度，其主要原因是晶体中的一些细小空洞或缝隙无法完全被乙醇占据。密度对于含能材料的能量水平具有决定性的作用，TKX-50具有较高的晶体密度值，预示着该含能盐具有较高的能量水平。

2015年美国加利福尼亚技术学院材料与过程模拟实验室，通过分子动力学模拟计算了TKX-50单晶参数及其热力学和力学性能性能参数。计算结果显示TKX-50的热膨胀系数为6.48×10-5K-1，比热容为292J？mol-1？K-1，剪切模量（G）为12.385GPa。通过大尺寸（50万倍原子尺寸）晶体在冲击作用下的力学响应模拟计算，揭示了晶体各向感度异性的特点。

毕福强等人采用扫描电镜对HATO样品的形貌进行分析，HATO颗粒呈较规则多面体，颗粒表面光滑平整，缺陷较少，可能是其机械感度较低的原因之一。并采用激光粒度仪对HATO的粒度分布进行了分析，结果表明，表面积平均粒径为202.426μm，体积平均粒径为332.253μm。

作为一种离子盐，吸湿性是关系到应用的重要参数之一。研究表明，25℃条件下，TKX-50在水中的溶解度仅为0.27g/L。随着温度的升高，溶解度会增大。将TKX-50样品在空气中放置一个月，未見明显的吸湿现象。

1.2热分解性

热分解性对于炸药的安全性及应用非常重要，通常要求混合炸药能够保持稳定的温度要高于200℃。文献中采用多种扫描量热法（DSC）研究了TKX-50的分解温度，结果表明TKX-50热安定性能优良，起始分解温度为221℃，而RDX的起始分解温度为210℃，TKX-50热稳定性优于RDX。

王俊峰等人通过DSC、热重测试了TKX-50的热分解过程，结果表明不同升温速率下热分解峰温220℃～253℃。HATO的热分解分为两个阶段，升温速率为10℃/min时，第一阶段的峰值温度为239.65℃，第二阶段的峰值温度为260.57℃，两阶段质量损失约为84.2%。热分解第一阶段的动力学参数，活化能E和指前因子lg（A/s-1）分别为147.05kJ/mol和12.91。

LMU在热分解研究方面，通过DSC-TGA研究表明，TKX-50在130℃-200℃之间有明显的吸热过程，疑为晶型转变；209℃-250℃之间有分解过程，分解分两步，每步分解有相似的活化能，分别为169.5 kJ？？mol-1和169.1 kJ？mol-1。

2015年俄罗斯门德利物化工技术大学（Mendeleev University of Chemical Technology）进行了燃烧、热分解实验研究，实验结果显示TKX-50的燃烧热为（2054±16）kJ？mol-1，由此计算的标准生成热为（111±16）kJ？mol-1，远低于德国慕尼黑大学的计算值446.6 kJ？mol-1。由生成热根据有关公式计算的TKX-50的爆速为9190m？s-1（ρ=1.877g？cm-3），比计算的HMX的爆速9230m？s-1（ρ=1.904g？cm-3）还稍微小一些，比RDX的计算爆速8990m？s-1（ρ=1.806g？cm-3）高一些。

1.3感度

TKX-50感度低于RDX、HMX等常用炸药，撞击感度和摩擦感度分别为20J、120N， RDX、HMX和CL-20的撞击感度范围为4～7.5J，远远高于TKX-50。国内测量撞击和摩擦爆炸概率分别为16%和24%，特性落高为100cm。机械感度远低于RDX（H50约为25cm）和HMX（H50约为20cm）。

TKX-50存在较低的撞击感度，可考虑其在混合炸药配方应用中可以不需要钝感处理，从而提高炸药的固含量，进而提升炸药的能量。而TKX-50的摩擦感度与RDX、HMX和CL-20的摩擦感度相当或者较低，静电感度也高于25mJ，低于人体产生的静电，可以安全操作。

Alexander A. Gidaspov等人采用俄罗斯标准方法对含能材料进行了热感度测试。结果表明TKX-50的5s爆发点为277℃，高于RDX（262℃），和ε-CL-20（275℃）相当，而低于β-HMX（308℃）。

1.4相容性

国内已有研究显示，HATO与CL-20、HMX、RDX、AP、CL-20、TNT、DNTF、DNAN、Al等含能材料相容，与炸药中常用的端羟、氟橡胶、硅橡胶、石蜡、石墨等粘结剂、钝感剂等相容。

毕富强等人采用差示扫描量热法（DSC）和真空安定性试验（VST）法研究了5，5-联四唑-1，1-二氧化物二羟胺盐和CMDB推进剂组分的数相容性，DSC结果表明，HATO与NC、NC/NG、DINA及RDX不相容，与HMX、NTO-Pb、Al粉相容。VST结果表明，HATO与NC/NG、DINA不相容，与RDX中等反应，与NC相容。

黄海峰等人采用DSC法研究了TKX-50和常见火炸药组分的相容性，结果表明TKX-50/HNE和TKX-50/DNAN的相容性良好，TKX-50和HMX有中度的相容性，而和TNT、CL-20、中定剂、NC、AP、Al和GAP的相容性较差，另外，TKX-50/RDX、TKX-50/NC+NG，TKX-50/硼和TKX-50/HTPB的相容性较差。

二、能量特性

2.1 爆轰性能

伴随着TKX-50这一新型含能材料的问世，国外研究者相继对比分析了其与CL-20、RDX等高能炸药的能量特征。计算的爆轰性能优于HMX且接近CL-20，爆速达9698m/s；计算生成焓为446.6kJ/mol，计算爆速为9698m/s、爆压为42.4GPa，爆速大于CL-20，爆压介于HMX和CL-20之间。

2012年Niko Fischer 等用EXPLO5 V6.01软件计算的理论爆速为9781m/s，冲击波感度远低于RDX、HMX和CL-20，属于高能不敏感炸药，具有非常好的应用前景。

LMU在爆轰性能研究方面，基于EXPLO5 V6.01软件计算了主要性能参数。从计算结果看，HATO爆速、生成焓、爆轰气体量大于CL-20，爆热低于CL-20、与RDX、HMX接近。对爆轰产物进行了计算并与硝胺化合物RDX进行了比较，结果显示，HATO爆轰产物H2O、N2、C含量高，而CO、CO2含量很少。这些计算研究表明，HATO在爆轰方面具有自己独特的特点和优势。

朱周朔等人通过Kamlet-Jacob公式计算了TKX-50的爆轰性能。结果表明，TKX-50在爆速和爆压方面有明显的优势，达到了9698m·s-1，爆压较之已报道的含能离子盐（最大爆压35Gpa），提高了20%以上，并且超过了FOX-7和TATB，相当于HMX，稍低于CL-20。另外，TKX-50由于其高达59.3%的含氮量和较佳的氧平衡（-27.10%），可用作推进剂混合物中的高能燃烧剂成分，具有良好的应用前景。

张为鹏等人采用三种方法理论计算了1，1'-二羟基-5，5'-联四唑二羟胺盐的理论爆速，采用自编FORTRAIN软件基于BKW方程计算的HATO的理论爆速为9441m/s，利用Gaussian软件（V09）结合Kamlet-Jacbos公式计算的理论爆速为9186 m/s，根据Urizar公式计算的爆速约为9432 m/s。并根据计算结果结合实测结果的差异原因进行了分析，为寻找HATO炸药的应用方向提供理论指导。

2.2 做功能力及能量输出

关于HATO的做功能力，LMU计算了HATO加速平板速率、圆筒试验筒壁膨胀速率以及爆炸冲击波对接触靶板的初始作用压力。计算结果显示加速平板速率，HATO的做功能力略小于HMX，远大于RDX；圆筒筒壁膨胀速率，在13μs～14μs之前HATO比HMX有明显的做功能力优势，超过这一范围，则低于HMX；计算爆炸冲击波对接触靶板（聚苯乙烯～钨）的初始作用压力，HATO与HMX基本一致，小于CL-20，大于RDX。

三、配方应用

印度高能材料研究实验室目前研究的是在HTPB/AP/Al基推进剂配方中用TKX-50部分替代AP高达10%后，对配方性能的影响，评估装药的力学、弹道和感度性质。数据表明，随着TKX-50在配方中含量提高，推进剂能够安全地加工和固化。和常规推进剂相比，配方对于撞击、摩擦更加钝感，易于处理。综合考虑性能和燃速，TKX-50基配方能够在要求更低燃速、高能、少烟和低感度的火箭发动机中应用。

赵昱将TKX-50应用于GAP固体推进剂，研究并确定了GAP/TKX-50推进剂的配方组成，设计的推进剂的理论比冲达到了2684.8N·s·kg-1～2704.6 N·s·kg-1，具有较低的摩擦和撞击感度。

毕福强等人研究表明TKX-50具有良好的加工性能，不加粘结剂时，同样具有良好的成型性能。压药密度为1.70g·cm-3，单质药柱的实测爆速为8509m·s-1，实测能量水平高于RDX。另外，其在70℃的工况条件下，向现有CMDB推进剂配方中外加30%的HATO，固化3天后，所得样品的切面均匀致密，无气孔或变色，表明在固化过程中HATO未与CMDB推进剂组分发生明显的化学反应。

李猛等人利用国军标方法GJB/ZB4-1996及CAD技术软件，在标准条件下计算了含5，5'-联四唑-1，1'-二氧二羟胺铵（TKX-50）的复合改性双基推进剂、端羟基聚丁二烯推进剂、硝酸酯增塑聚醚推进剂及聚叠氮缩水甘油醚推进剂的能量特性。结果表明，TKX-50单元推进剂的理论比冲为2623.7N？s？kg-1，比RDX单元推进剂的理论比冲高6.5N？s？kg-1，说明TKX-50是CMDB推进剂中RDX的较好替代品。

曹一林等人模拟计算了TKX-50替代AP/Al/HTPB和AP/Al/GAP+NE两个现代复合固体推进剂配方体系中AP的比冲增益，并与HMX替代AP的结果进行比较。结果显示，在HTPB体系中，TKX-50与HMX相比，能量性能优势不明显，TKX-50在高固含量HTPB配方中最高只能表现出比HMX高14.7N？s？kg-1的比冲优势。在AP/Al/GAP+NE体系中，用TKX-50取代AP，比目前采用HMX取代AP所能達到的最高能量高40.2N？s？kg-1，，因此，它可作为新型高能固体推进剂研制的高能组分。由于TKX-50有效氧低于HMX，因此，它比较适用于铝含量较低（12%～18%）的配方。

四、结束语

不敏感弹药已经成为弹药发展的主流，弹药的不敏感化是提高弹药安全性和战场生存能力的主要途径，而混合炸药及装药的不敏感化对推进整个弹药系统不敏感化具有举足轻重的作用。国内外对TKX-50的研究均已关注到低感度、高能量的特征，而关于新型含能材料TKX-50的应用研究，国内外皆处于探索与起始阶段。目前，TKX-50基不敏感炸药中的研究需要解决以下几个方面的问题：

（1）TKX-50仍然有一些性能参数不明确，文献数据有一定的出入，能够获得的大部分性能参数是计算值，其可信度和可靠性有待实验验证，而掌握TKX-50基本特性是TKX-50在高能推进进和混合炸药中应用的前提。

（2）TKX-50应用研究的差距主要体现在研究现状与武器弹药应

用需求之间的差距。对TKX-50的研究不能停留在“表征”层面，应关注释能规律、不敏感特性以及其它应用性能，探索TKX-50应用方向和途径，推进TKX-50在推进剂及炸药装药及武器装备中的应用。

参考文献：

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