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炸药晶体调控研究进展及发展建议

李洪珍

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621999）

摘要：炸药晶体的特征结构形态是决定其安全、力学、相容性、存储、固含量、起爆与爆轰等物化性质、功能和用途的本质

要素。基于炸药晶体工程设计和调控炸药晶体结构形态以提升和拓展炸药性能已成为含能材料发展的一个重要方向。本文重点

分析、归纳和总结了固体炸药的晶型、晶体品质、颗粒形貌和聚集结构等特征结构形态的结晶控制研究发展状况；揭示了炸药

晶体结构形态对感度的影响规律和作用关系，期望为炸药的生产、加工和应用提供指导。并结合当前炸药晶体调控存在的主要

问题，给出了相应的发展建议。

关键词：炸药；特征结构形态；晶型；晶体品质；颗粒形貌；聚集结构；感度；结晶控制

中图分类号：TJ55；O64

1引言

现代武器的发展对炸药的能量、安全、力学和环境适应性提出了越来越高的要求。一方面，需要研究合

成新的单质炸药，但整体上单质炸药发展非常缓慢，目前能够广泛应用的仅十余种；另一方面，需要不断提

升现有炸药性能从而改善和拓展其应途。炸药晶体的特定结构形态在其整个炸药结构层次中具有承上启下的

作用，包括由分子堆积模式决定的内在结构（晶胞结构）以及外部生长环境决定的外在结构（形貌、粒度、

晶体品质和聚集结构）。这些结构可能对炸药的生产中过滤性、干燥性、流散性和应用中的能量、安全、力

[1]

学、相容性、起爆与爆轰等性能产生影响，甚至是决定性因素。改进炸药晶体结构形态是提升性能的有效

途径，具有非常重要的现实意义。

炸药晶体工程是实现晶体结构形态控制的有效途径，它基于炸药晶体堆积中分子间相互作用的认知并利

用这些认知设计获得具有所需物理化学性能的晶体材料。其研究内容包括炸药多晶型及其转化、炸药晶体结

构预测、炸药晶体成核和生长机理、晶体结构形态控制、含能共晶、离子盐、含能金属有机框架材料的制备

等领域。近二十余年来，人们在炸药晶体工程研究中取得了巨大的进步，如图1所示，在基础研究方面，包

括炸药分子间相互作用、炸药与溶剂和晶形修饰剂分子间相互作用，炸药结晶热力学和晶体成核与生长动力

学机制，结晶方法和工艺对晶体结构和形态的影响规律等；在结晶技术研究方面，在降温、沉析、蒸发等常

规结晶方法的基础上发展了降温-沉析-超声等多种耦合技术、球形结晶、聚合物乳液结晶、凝胶结晶等非经

典结晶方法，实现了现有典型高能炸药的晶型、形貌、粒度、品质、聚集结构的调控和改造以及含能共晶、

离子盐等新型含能材料的合成；在应用研究方面，研制的高品质降感炸药、球形炸药、多级结构炸药等新型

结构炸药大幅度提升了其安全、力学、起爆传爆等性能并显著改善了装药工艺，扩大了应用范围，满足了安

全弹药等更多装药需求。就此，本文主要就炸药多晶型的形成与转化、晶体品质、颗粒形貌和聚集结构等晶

体结构形态的设计与控制的发展状况进行分析、归纳和总结，并对今后工作进行了展望，以此为读者提供一

幅关于炸药控制结晶的图景。

收稿日期：2020-00-00；修回日期：2019-00-00

基金项目：国家自然科学基金资助（）

作者简介：李洪珍（1971-），女，研究员，主要从事炸药结晶及晶体性能研究。e-mail：

通信联系人：李洪珍（1971-），女，研究员，主要从事炸药结晶及晶体性能研究。e-mail：

图1炸药晶体结构调控及性能关系图

Fig.1Schematicdiagramoftherelationshipbetweencrystalcharacteristicsandpropertyofexplosive

2炸药多晶型的转化与控制

炸药晶相结构的稳定性是确保武器系统的结构稳定、安全可靠和长期贮存的基础。炸药分子因其构象的

多样性和分子间相对较弱的作用力，造成其普遍的多晶型现象，如黑索金（RDX）、奥克托金（HMX）、六硝

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基六氮杂异戊兹烷（CL-20）、梯恩梯