第1篇：关于等静压炸药装药技术安全应用的探讨

随着未来战斗部技术的发展，在弹药及战斗部设计中总是希望装药的能量水平更高，装药的品质更好。但装药密度和装药质量的提高往往受制于装药工艺，尤其是对于异形、大型战斗部装药，以及对于爆轰波形输出有特殊要求的波形装药，装药结构越来越复杂，其装药的成型密度和均匀性也越难保证，甚至在装药中会存在间隙或缺陷等。因此，即使采用目前成熟的精密压装工艺也很难进一步满足新型战斗部的发展和设计要求，同时也会使新型弹药威力的发挥受到发射安全性的制约。等静压炸药装药工艺是一种新的精密压药工艺，通过改变药柱的受力方式和受力环境，使装在模套中的炸药装药在液体环境中均衡受力，不仅可提高装药的密度及均匀性，而且可以改善装药的内在质量、尺寸稳定性和力学性能，以满足新型战斗部装药结构的设计需求，提高武器弹药的毁伤效应和发射安全性。本文综述了等静压炸药装药的研究现状，针对等静压装药成型的工艺特性、等静压炸药装药安全技术在战斗部中应用的问题进行了探讨。

1等静压成型工艺及特点

等静压成型原理应用了流体力学中的帕斯卡定律，将装入橡胶模套中的物料放入高压容器舱内，在—定温度和压力下对介质施加压力，通过介质均匀挤压橡胶模套中的物料，使物料均匀受力，以获得致密而均匀的产品。

等静压技术3按照成型温度分为：冷等静压、温等静压和热等静压。冷等静压以常温液体作为压力传递介质，压力一般为100~400MPa；温等静压的液体介质温度一般为80~120°C，压力一般为300MPa左右；热等静压采用惰性气体作为压力传递介质，在高温高压下把传统粉末冶金工艺成型与烧结两步合成一步完成，其工作温度一般为1000~2200C，压力一般为100~200MPa，其包套材料为金属或玻璃。冷等静压和温等静压主要以橡胶或塑料作包套。对于炸药装药的等静压成型，宜采用温等静压或冷等静压技术。

等静压成型工艺与传统的油压机钢模压药的工艺相比具有以下优点：

(1)药柱在压药过程中各受力方向的压力几乎相等，使药柱内部受力均衡，从而可改善药柱的密度分布和均匀性，减少药柱内部的空洞、间隙、裂纹及缺陷，提高药柱的内在质量。

(2)药柱受力面大，压缩行程短，物料与包套之间基本上无相对运动，也无需克服物料与钢模之间的摩擦阻力。因此，在同样压力条件下等静压装药的密度—般会比单向和双向模压成型的高。

(3)可以生产形状比较复杂和装药口径较大的产品，成型工艺的一致性好。

但是，等静压成型与油压机钢模成型相比，其工艺复杂，设备昂贵，生产周期较长，生产效率低，制造成本相应较高。

2等静压炸药装药技术研究现状

等静压成型技术早期是为了解决难熔金属的压制成型，随后在陶瓷领域中的应用迅速发展。I960年以后等静压技术开始在粉末冶金、耐火材料、核能材料生产等领域中推广应用。近二十年来，已广泛应用于陶瓷铸造、核能材料、工具制造、塑料、超高压食品灭菌和石墨、陶瓷、永磁体、高压电磁瓷瓶、生物药物制备、食品保鲜、高性能材料，以及军工等领域，其工艺技术已较成熟。

国外早就开始采用等静压炸药装药成型技术，早在1977年，美国劳伦斯利弗摩尔国家实验室5研究了热塑料粘结炸药LCX44-)和LX444的等静压成型工艺，将该炸药的预成型坯料装在橡胶囊中预热至120°C，在温等静压条件下成功地压制炸药药柱，改善了药柱的成型性能和机械及力学性能。

美国专利6公布了一种等静压炸药装药工艺，将炸药放入弹性模具中并置于充满水的压力容器中，压力可达几千巴，对炸药进行等静压装药成型，以提高炸药装药的密度和质量。

美国专利7针对轴对称回转体聚能装药，发明了一种热塑性粘结剂炸药的准等静压精密装药的成型方法和设备，将炸药预热到100~120C并放入高压釜，在几分钟之内将压力提高到350MPa，对炸药进行等静压成型。

美国对于新型CL40炸药的应用研究8采用了一种等静压加压固化（Isogen)，其成型药柱无论轴向或周向，都具有均匀的密度，药柱光滑致密，几乎达到了玛瑙化，装药密度可达1.964g?cm—3，达到了理论密度的97%，爆速高达9286m?s-1，有效地提高了炸药装药的爆速，可使战斗部的破甲威力大幅度提高。

瑞士罗格弹药技术公司（RUAG)将获得专利的均衡挤压技术（Isogen)和紧密装配工艺用于空心装药战斗部，有效提高了炸药装药的密度和均匀性，能提供更快的爆炸速度并使爆轰波均匀传播，带来“完美的射流和出色的侵彻能力”。英国和瑞典陆军的MBT-LAW火箭弹、瑞典陆军的“比尔2”反坦克导弹和美国陆军的“精确制导迫击炮弹药”（PGMM)，均采用了RUAG公司的空心装药战斗部。RUAG公司宣称，该技术可将大口径和小口径空心装药的破甲能力、密度和可生产性提高到一个新的水平。

国内目前在特殊行业中对等静压炸药装药技术的研究比较深入，并开展了相关的塑料粘结炸药的压制成型的工艺、后处理工艺以及成型药柱的力学性能研究，这些研究已经为炸药装药从高端走向常规应用奠定了良好的技术基础。

张德三M研究了TATB基高聚物粘结炸药JB9014e等静压的成型工艺，得出了比压、温度、压制次数、保压时间对炸药装药密度的影响规律，通过棒坯试验和放大至半球形装药的验证试验证明，采用等静压工艺对压制大部件毛坯是可行的。该研究通过JB9014e造型粉的成型工艺实验，获得了压力密度曲线，在炸药预热温度120C，油温為90C的条件下，选取适应的比压，可以获得预期密度的成型药柱。在较高比压条件下保压时间可以从120min缩短到38min，对装药密度影响甚小，为优化等静压炸药装药工艺参数奠定了研究基础。

梁华琼等采用等静压方法研究了高聚物黏结炸药的压制成型规律，在PBX颗粒压制成型过程中，成型件的密度、泊松比、压缩模量和压缩强度与压力呈对数函数关系。成型件泊松比、压缩强度与压缩模量随成型密度的增加快速增大。延长保压时间可以有效提高压实密度，使成型效果更好。

陈朗等对炸药药柱的等静压进行了数值模拟和实验研究。采用热电偶测量了药柱在等静压成型过程中的内部温度，建立了药柱在等静压下的热力耦合模型。采用非线性有限元计算方法对炸药柱保压阶段进行了数值模拟计算，得到等静压条件下药柱内部压力和温度变化，分析了药柱形变，压力和温度分布，建立了炸药柱在等静压中保压阶段的计算模型。

舒远杰等研究了TATB基PBX炸药的结晶特性与制造工艺对炸药件力学性能的影响，与钢模压制工艺相比，等静压成型工艺可明显改善TATB基PBX的力学性能。

温茂萍等研究了JOB-9003炸药件采用等静压与模压工艺的力学性能，两种工艺成型的炸药件拉伸、压缩、三点弯曲及劈裂等各种力学性能，随着温度增加而降低的总趋势是一致的，但两者变化的速度不一样，模压工艺炸药件的力学性能随温度的变化更快；另外，两种炸药件拉伸性能随温度降低变化的起点不一样。因此，等静压相对于模压工艺而言，JOB-J003炸药件的高温力学性能得到了提高。

温茂萍等测试了等静压和模压两种不同工艺成型的炸药件的力学性能，结果表明：在等静压炸药件的不同方向上取样时，拉伸和压缩强度没有明显差异，可以认为等静压炸药件的力学性能是各向同性的；对于模压炸药件，虽然不同方向取样的压缩强度没有明显差异，但是不同方向取样的拉伸强度却存在显著差异。因此，模压炸药件的力学性能是各向异性的，其主要原因是由于压药时受力不均匀造成的。

兰琼等采用等静压方法对PBX炸药件进行低压热处理，可有效释放PBX炸药件的内应力，相对密度从96.53%~98.83%提高到99%以上，并能抑制尺寸长大，改善炸药件内部质量。

综上所述，等静压炸药装药技术的应用研究表明，等静压技术不仅可提高装药的能量密度，而且可以改善装药的内在质量、尺寸稳定性和力学性能。

3关于等静压炸药装药技术应用的探讨

3.1解决装药的能量水平与弹药发射安全性的矛盾众所周知，弹药的装药工艺与战斗部威力水平和发射安全性密切相关。

就装药的能量水平而言，目前采用模压成型工艺的装药密度和能量水平都较其他装药工艺高，因为在压装炸药中高威力主炸药含量较高。近年来，采用模压成型的精密装药工艺1]在很大程度上已经改善了装药的密度和均匀性，应用在破甲战斗部中可显著提高战斗部的破甲威力，对均质靶的穿深可以达到10倍装药口径&8。但是，受炸药自身感度和装药条件以及战斗部结构的制约，进一步提高炸药装药的密度和均匀性仍是有限的。其原因在于，炸药装药在模压成型过程中，造型粉具有一定的流动性和可压缩性，药柱内部的受力总是随着冲头或底座的作用距离增加而衰减，受模具条件及受力环境的影响存在一定的差异。因此，实际的装药密度总是达不到理论密度，而且在药柱内部也始终存在着不同的应力分布，从而导致炸药装药在不同方向上表现出不同程度的密度差。当装药的局部密度达到压药的极限密度时，如果继续增加压力，不仅无法提高装药密度，反而会加剧炸药晶粒的破碎&9]，甚至使装药内部产生裂纹或缺陷，以致留下发射安全性的隐患。

因含能材料在成型后不可能达到100%的理论密度，总会存在一定的空隙，这些在加工、运输、储存及使用过程中会受到各种机械载荷或温度变化的作用，使材料微观结构甚至宏观结构发生变化，产生新的损伤。这些以孔洞或微裂纹存在的损伤不仅有可能导致含能材料结构强度和刚度的降低，以致破坏或失效，而且还会使热点源增加，导致感度增高，燃速异常，爆轰性能发生变化。

铸装药与压装炸药相比，其装药易形成疵病（间隙、裂纹、缩孔），在装药密度和装药尺寸等装药条件类似的条件下，压装炸药较铸装炸药钝感，因此其发射安全性也优于铸装药。

弹药的膜炸是一种危害极大的安全失效模式，其中重要的原因之一是炸药装药的缺陷和炸药性能缺陷，装药密度减小时其炸药临界点的火阈值也降低，装药密度的严重不均匀会影响发射的安全性。

应用等静压成型技术可以改变炸药装药的受力方式和环境条件，不仅可以提高装药的密度和均匀性，而且可以解决模压药柱的应力分布问题，通过改善装药的内在质量来提高装药的尺寸稳定性和力学性能，以满足各种异形或大型炸药药柱成型的要求，使战斗部的炸药装药技术上一个台阶。也就是说，等静压炸药装药是使炸药装药的能量水平与弹药发射安全性同时得到提高的重要技术途径。

3.2等静压炸药装药的工艺及安全性

炸药装药的等静压成型与非爆炸物的成型在工艺安全上有着更为严格的要求，例如，装药的成型压力和物料的排气预处理等。

(1)装药的成型压力

等静压成型工艺与目前所用的模压成型工艺相比，在药柱达到同样密度时所需的压力要小很多，而且等静压成型的受力也要均匀和温和得多。其原因在于，药柱在等静压成型过程中各个方向受力是均衡的；药柱的受力面大，压缩行程，而且无需克服钢模压药的摩擦力。因而所需的成型压力相对较小，并使药柱的密度分布比较均匀。因此，根据上述研究基础，参考现有油压机模压成型的设计要求，同时结合粉末冶金的成型经验，确定炸药装药等静压成型的压力，并制定相应的装药成型工艺。

(2)物料的排气预处理

药柱的等静压成型过程是物料的流动、挤实和填充周围空隙的过程，如果装料后未经过抽真空和排气处理，物料在压缩成型时所产生的气体就会驻留在药柱内部，不仅药柱的密度上不去，而且会影响药柱的均匀性和尺寸稳定性，甚至使产品内部产生气泡、微裂纹和缺陷。如前所述，炸药装药内部的空气存在，还有可能在等静压装药绝热压缩时成为热点的生成源。因此，为了保证等静压炸药装药工艺的安全性，并提高装药的内在质量，需要对炸药的装料工艺采取必要的预处理措施，尽可能排除装料中的气体，以满足等静压装药的工艺安全性。

奥地利的压模块化工艺，用于替代传统压延工艺生产发射药。其开发了新的包套工艺技术，将物料装入橡胶囊中，在等静压装药成型之前，先对物料进行了抽真空预处理，以排除空气。等静压药坯压实后的药坯密实，未发现空洞和孔隙，消除了绝热挤压过程中产生火花的隐患和由于模具摩擦力引起的药坯内部存在的密度梯度，改善了药柱密度均匀性。

3.3工艺成本与效费比

等静压炸药装药技术目前在国内只用于高端或特殊行业，其生产效率较低，设备昂贵，生产成本也较高，主要影响因素如下：

(1)炸药装药的温等静压设备与工艺均较复杂。

(2)等静压成型工艺过程要求的生产周期较长。

(3)由等静压成型得到的产品外形一般都不规则，药柱坯料的设计需预留相应的压缩和加工余量，并对外形经过机械加工修整才能满足设计要求。

但是，等静压技术对炸药装药的能量和质量的提升水平是现有其他装药工艺所达不到的。关于其费效比问题，在等静压装药工艺成熟之后，可以通过扩大产能和自动化控制进一步改进工艺来解决，使等静压装药工艺从高端走向常规。

4建议

(1)等静压炸药装药工艺与其他装药工艺相比，是使炸药装药的能量水平与弹药发射安全性同时得到提高的重要技术途径，等静压炸药装药的应用技术也将越来越受到重视。

(2)目前等静压炸药装药成型工艺、装药特性研究以及检测方法在特殊行业已有较成熟的研究基础。建议针对常规战斗部装药的应用，尽快形成相关的等静压工艺研究体系，例如包套工艺、装药成型工艺以及表征特性研究。其包套工艺，用来对物料进行排气预处理，以改善装药的致密性和内在质量；其装药成型工艺，研究各工艺参数对装药成型性能的影响，以确定合适的装药工艺；其表征特性研究，把理论与实验结合起来，服务于等静压装药的设计和使用，以获得高品质的常规战斗部的炸药装药。

(3)虽然目前等静压装药工艺成本较高，但其装CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS药品质是现有装药工艺之最，主要适合于高附加值的产品。随着常规战斗部对高品质炸药装药技术发展需求的增长，炸药装药的工艺水平迫切需要进一步提高。通过对等静压装药技术开发，提高工艺产能和自动化水平，等静压炸药装药技术发展也会如同粉末冶金、陶瓷、耐火材料、硬质合金等应用行业一样，充分发挥其技术优势，经过不断进步，从高端走向常规，在高威力常规弹药上得到广泛应用。

作者：孙建(西安近代化学研究所，陕西西安710065)

第2篇：装药爆破安全技术在硫化矿床开采中的探讨

在高硫矿体的开采中，由于黄铁矿的氧化发热形成内因起火，使矿块温度上升，如东乡铜矿高温采埸孔温达20(TC）。有关爆破安全规程规定孔温超过6CTC的矿井爆破，必须采取安全措施，孔温超过140℃时应采用谢热爆破器材。在国内尚无耐温度高于140℃的矿用炸药的条件下，为了确保爆破作业安全，我们从降低炮孔温度及提高临界温度入手，研究出一套预防炸药自燃、自爆的方法，现简述如下。

一、关于炸药的安全使用温度

矿用工炸药在超过它的安全使用温度时，即使不与硫化矿石发生接触反应，也可能产生热分解，甚至在高温条件下由于剧烈的分解变为燃烧或导致爆炸。为了解和掌握2#岩石炸药的安全使用温度，我们在东乡铜矿进行了炸药耐热试验。试验中，将炸药装入不同温度的炮孔内使其受热。当孔温为130℃时，炸药受热175分钟，由剧分解转变为燃烧；炸药在100‘C的炮孔温度下，受热10小时30分钟，既不燃烧也无剧烈分解。

岩石铵梯炸药在没有与矿石接触又无特殊包装的情况下，装入温度为100℃的炮孔是安全的：由此确定其安全使用m100℃。

二、采取隔离包装防止炸药自爆

炸药自爆是由于硝酸铵与硫化矿石产生化学放热反应引起的。氧化严重的硫化矿石与2?岩石铵梯炸药接触在50?7(TC的炮孔内就产生剧烈反应。若将炸药包装成防自爆药包使用，使其与硫化矿石隔离，装入100乙的炮孔内8小时也末产生剧烈分解。

三、采取隔热包装提高安全使用温度

采取隔离包装的炸药在高温炮孔中也会受热产生分解导致燃烧或爆炸，其原因是炸药吸收了炮孔内的热量，使药温高于其安全使用温度。如果阻止炸药吸收孔内热量，也可防止炸药自燃、自爆。据此，东升铜矿采用了隔热包装的措施，用石棉布和玻璃纤维布将炸药包装成隔热药包。由于包装的导热性能差，使炸药温升时间延长，在短时间内装药可提高隔热药包的安全使用温度，由HXTC提高到12(TC）。^

四、降低炮孔温度，防止炸药自爆

国内一些高硫矿床的开采，遇到发火时，通常采用开凿灭火工程的措施，以降低火区范围内采埸温度。这种方法投资较大，尤其是局部范围内出现高温炮孔时，更无必要投入灭火工程?为确保爆破安全，将炮孔温度降低，使其低于炸药安全使用温度，这种方法既简便又经济。

首先用炮孔测温仪测定爆破作业区各炮孔温度，若发现孔温高于选用炸药的安全使用温度时，就对其进行降温处理。其方法是：将凿岩用水引入向上孔孔底，通过这种冷水的不断的热交换，使孔内温高度降低到低于炸药安全使用温度。虽然停止降温后孔温会逐渐回升，但在回升到炸药安全使用温度前装药是安全的。为确定装填工作中的安全装药时间，我们选择了几个典型的特高温炮孔，将其降温后对孔温回升规律进行了监测。

五、提高临界温度防止炸药自爆

将炮孔温度降至低于临界温度(引起炸药与硫化矿石反应的最低温度)时，可以防止炸药在高温孔内自燃、自爆。若设法将临界温度提高到高于孔温，同样可以防止炸药自燃、自爆。

1、冲洗炮孔孔壁提高临界温度

临界温度与矿石的pH值有关，而pH又与矿石中的硫酸及硫酸盐含量有关。硫酸和硫酸盐均溶解于水，若用清水冲洗矿石，则二者会随水流走，矿石pH值就会上升，临界温度提高。我们将pH值较低的矿石与炮孔进行了水洗，结果pH值和临界温度显著提高。如冲洗前炮孔临界温度76℃，冲洗后临界温度提高到14CTC以上，超过了孔温。

2、用抑制荆处理炮孔提高临界温度

使用抑制剂(如碱性物质)的水溶液处理炮孔，其效果比单独使用清水洗更好。我们选用了1%的石灰水溶液冲洗炮。

六、结语

东乡铜矿高硫矿床的火区开采中，由于掌握了炸药安全使用温度，采取了隔离、隔热包装及高温炮孔降温等措施，确保了高温爆破作业的安全。生产实践表明，在火区局部范围的特高温炮孔中采用炮孔直接降温的方法，不仅能保证爆破安全，而且花钱少降温效果好。

作者：廖明清(长沙矿山研究院）

第3篇：装药安全技术目标的研究

一、装药研究的主要任务

装药技术的内容广泛、复杂。目前，除结合型号的装药工作之外，装药技术研究非常活跃，新技术、新概念和新结构不断涌现。如高能量密度材料、高能火药、压实装药、刚性装药、随行装药、各类密实装药以及缓蚀技术、底排技术、零梯度技术等，名目繁多，而每个方面又有多个方案。它们之中有的脱颖而出，有的走入低谷。这种状态也反映了装药技术的复杂性。当前一个重要问题是在众多的装药技术面前，要避免成为支节问题的追随者，要掌握最本质的东西，以便解决关键技术，甚至超越现有状态、另辟新境。

装药的效能是给予武器以威力，装药所要完成的工作是如何满足武器战术技术要求，特别是威力的要求。由于装药是构成武器威力的一个主要部分，它要在特定的武器环境中，在长期的服役和瞬间的发射中发挥效能。因此，除本身的元件和结构之外，它的每项技术和细节还和环境、操作人员以及武器的整体与部件相关。所以，装药还要解决如何提高武器寿命、如何改善勤务处理，以及如何满足安全性、可靠性的要求。

尽管装药要解决的问题很多，但可以归纳为3项主要任务：

(1)满足武器威力要求，提高炮口动能；

(2)保证装药具有足够的安全性；

(3)方便武器的勤务处理。

其中，装药的安全性贯穿于武器的整个服役期，装药的敏感性和摧毁性是令人担忧和关注的。武器的低易损性的关键之一，在于装药的安全性，一个高水平的安全性是摧毁目标，保存自己所必须的。

方便勤务处理有机动性的含义。简化的装药、安全的装药，可在较大程度上影响到武器的机动性和人员的操作。

尽管装药整体要全面完成上述任务，但其中威力是战术技术的主要目标。从发射药装药的角度，威力就是炮口动能，也要具备弹道稳定性。必须研究增加炮口动能的各种技术，以便在射击瞬间发挥装药的高效能。即装药研究的核心任务还是解决武器威力、提高炮口动能。这是安排装药研究工作的基点。提高威力的路线就是装药的基本技术路线。

除威力之外，改善使用性能，包括一切有利于勤务处理、有利于寿命、有利于稳定安全的装药技术。如，可燃容器、刚性装药、缓蚀措施和元件，整装和分装装药结构和方式、装药工艺等。这也是装药研究的一个方面。它和提高威力的路线密切相关。如，保持不变的措施、零梯度、密实技术，自然地和可燃容器、刚性装药发生了联系，也简化了勤务处理。这一方向，虽然和提高威力的主要技术路线相提并论，但侧重面自然在提高威力方面。

2装药研究的技术目标

火炮内弹道过程是装药潜能转变为弹丸动能的过程。装药研究的一个重要基点，是提高炮口动能。内弹道过程遵循能量转换的规律。

3结论

(1)装药技术整体要完成武器威力要求，保证装药的安全性和武器的机动性。尽管装药的内容复杂，但装药研究的核心和基本技术路线是解决武器威力，提高炮口动能，这是安排装药研究的基点。

(2)提高/曲线下的面积，追求不受温度和音速影响的压力平台效应是装药研究的基本技术目标。这个目标的理想值是提高炮口动能130%，而具有现实性的是达到类平台(近似的平台），它可以提高炮口动能40%?80%。

作者：王泽山(南京理工大学化工学院，南京210094)