含能材料冲击波感度相关专利技术分析与综述

李鹤群 ,  任悦

科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (6) :15-26

PDF (3234KB)
科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (6) :15-26 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.20250511
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含能材料冲击波感度相关专利技术分析与综述

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Analysis and Review of Patent Technology for Shock Wave Sensitivity of Energetic Materials

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摘要

[目的/意义] 含能材料是武器装备实现远程、精确打击的核心能源,含能材料的安全性是武器装备设计和使用的重要考量因素。冲击波感度是衡量含能材料安全性和引爆性能的重要指标。[方法/过程] 以国内外含能材料冲击波感度相关专利数据为样本,从专利申请量、重点申请人、主要技术输出国、主要技术分支的角度对专利申请概况进行了总结,并对重点专利进行综述。[结果/结论] 全球含能材料冲击波感度相关专利申请量随时间变化不明显。技术分支主要涉及降低冲击波感度、冲击波感度测试、冲击波感度应用、提高冲击波感度、冲击波感度调控和冲击波防护。我国申请量占全球一半以上,反映出国内申请人的创造和申请活力,但海外专利布局明显不足,需要加强在重点国家的专利布局,提高知识产权保护力度。

Abstract

[Objective/Significance] Energetic materials are the core energy for armament to achieve long-range and precise strikes. The safety of energetic materials is an important consideration in the design and use of armament. Shock wave sensitivity is an important index to measure the safety and detonation performance of energetic materials. [Method/Process] In this paper, the patent data related to shock wave sensitivity of energetic materials at home and abroad are taken as sample. And the general situation of patent applications is summarized from the perspective of patent application volume, key applicants, major technology exporting countries and major technology branches. At the same time the key patents are also reviewed. [Results/Conclusions] The number of global patent applications related to shock wave sensitivity of energetic materials does not change significantly with time. The technical branch mainly involves shock wave sensitivity reduction, shock wave sensitivity test, shock wave sensitivity application, shock wave sensitivity improvement, shock wave sensitivity regulation and shock wave protection. China’s applications volume accounts for more than half of the world, reflecting the creativity and application vitality of domestic applicants, but the overseas patent layout is obviously insufficient, and it is necessary to strengthen the patent layout in key countries and improve the protection of intellectual property.

Graphical abstract

关键词

含能材料 / 安全性 / 冲击波感度 / 专利分析

Key words

energetic materials / safety / shock wave sensitivity / patent analysis

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李鹤群, 任悦. 含能材料冲击波感度相关专利技术分析与综述[J]. 科学观察, 2025, 20(6): 15-26 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20250511
Li Hequn, Ren Yue. Analysis and Review of Patent Technology for Shock Wave Sensitivity of Energetic Materials[J]. Science Focus, 2025, 20(6): 15-26 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20250511

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随着高性能武器装备的发展,对含能材料的安全性提出了更高的要求。含能材料的安全性常以感度来衡量,根据外界刺激形式的差异,含能材料的感度可分为冲击波感度、撞击感度、摩擦感度、热感度和激光感度等。其中,常见的含能材料冲击波感度测试方法有隔板试验、楔形试验和殉爆距离测试[1]。通常需要含能材料有足够低的冲击波感度以满足安全性,同时具有适当高的冲击波感度满足引爆可靠性。例如:对于高冲击波感度的3, 4二硝基呋咱基氧化呋咱DNTF,王浩等[2]通过向DNTF中添加2, 4-二硝基苯甲醚DNAN,形成共熔物来降低冲击波感度,提高了安全性能。封雪松等[3]将DNTF与三硝基甲苯TNT、DNAN形成低共熔体,并加入三氨基三硝基苯TATB、石蜡、聚酯等进行混合钝感,既改善了DNTF基传爆药的冲击波感度,同时保持了良好的沟槽装药传爆性能。安崇伟等[4]以DNTF和奥克托今HMX为主体炸药,聚叠氮缩水甘油醚GAP为黏结剂,辅以助剂,配制出适用于微小尺寸爆炸网络的传爆药,满足传爆药冲击波安全性要求。对于钝感炸药TATB,Rossi等[5]指出通过减小TATB炸药粒径至纳米级,能够使其表现出较高的短脉冲敏感性,同时对其他刺激仍然保持钝感,可将其用于飞片起爆、传爆序列及冲击片雷管始发药提高冲击片雷管的使用安全性。王晓峰等[6]指出添加较为敏感的高能单质炸药可提高TATB基炸药的冲击波感度,同时超细粒度的TATB有利于提高冲击波感度和传爆可靠性。李志鹏等[7]采用高温的方法对TATB基炸药进行热损伤,热损伤后的TATB基炸药的冲击波感度有所增高。通过对特定技术领域内的专利文献进行分析,能够客观地反映专利申请的总体趋势、技术发展路线和竞争对手的研发方向和知识产权保护策略,从而为创新主体制定技术创新战略、研发策略和竞争策略提供支持[8]。本文从专利视角对含能材料冲击波感度相关技术进行梳理和分析,为专利申请、审查和技术研发提供参考。

1 含能材料冲击波感度相关专利申请概况

为了获得国内外含能材料冲击波感度相关专利申请状况,在incoPat专利数据库和国家知识产权局智能化检索系统中进行检索,检索公开日截至2024年12月31日,简单同族合并,最终获得224件专利文献。以此作为分析样本,对专利申请量年度变化趋势、重点申请人、主要技术输出国、主要技术分支进行梳理和分析。

1.1 国内外专利申请趋势

2000年以来国内外含能材料冲击波感度相关申请量随年份变化如表1所示。从表1中可以看出,2000—2011年国内外相关专利申请量较少,每年申请量不足10件,技术发展较为稳定。2012—2019年申请量有所上升,2017年申请量达到了峰值。2020—2023年申请量出现了波动性回落。其中,2023年的专利申请存在未全部公开而导致无法准确统计的情况。由此可见,国内外含能材料冲击波感度相关专利申请长期处于平稳发展阶段,国内外对于含能材料冲击波感度相关技术的研发和专利储备停留在技术发展的前瞻性考虑。

1.2 重点申请人

表2对国内外含能材料冲击波感度相关重点申请人的申请量进行了统计。从表2可以看出,国内外专利申请量排名前10位申请人,国内占比60%,国外占比40%。其中,国内的专利申请主要集中在高校和科研院所,西安近代化学研究所、北京理工大学和中国工程物理研究院化工材料研究所专利申请数量均在20件以上,名列前3,表明我国在含能材料冲击波感度相关的技术创新紧跟全球专利技术发展趋势,知识产权保护意见较强。国外申请量最多的为美国陆军部,其次为俄罗斯国家原子能集团、美国阿利安特技术系统公司和美国海军部,美国和俄罗斯对于技术创新和专利保护较为重视。在国内外专利申请量排名前10位的申请人中,西安近代化学研究所主要涉及PBX炸药和冲击波感度测试;北京理工大学、中国工程物理研究院化工材料研究所、中北大学、美国陆军部、美国阿利安特技术系统公司、美国海军部和俄罗斯国家原子能集团均侧重降低含能材料冲击波感度的研发;南京理工大学重点关注工业炸药;中国石油化工股份有限公司对钝感蜡进行专利布局。

1.3 主要技术输出国

表3对国内外含能材料冲击波感度相关技术的主要技术输出国进行了统计。从表3可以看出,中国、美国和俄罗斯为最主要的含能材料冲击波感度相关技术在输出国,从侧面反映出中美俄对含能材料冲击波感度相关技术的重视程度和军事实力。排在俄罗斯之后的分别为法国、德国、英国、印度、日本,均为军事强国。此外,加拿大和韩国在含能材料冲击波感度相关技术上也有一定的技术输出。虽然我国的专利申请量较大,但均为国内申请,未进行海外专利布局,无法从知识产权上对国外含能材料的研发造成影响。

1.4 主要技术分支

通过对含能材料冲击波感度相关专利文献的分析和归纳,含能材料冲击波感度相关技术主要涉及6大技术分支:降低冲击波感度、冲击波感度测试、冲击波感度应用、提高冲击波感度、冲击波感度调控和冲击波防护。表4对含能材料冲击波感度相关技术分支的分布情况进行了统计。从表4可以看出,降低冲击波感度为第1梯队,冲击波感度是评价复合含能材料安全性的重要指标,创新主体特别重视降低含能材料冲击波感度。冲击波感度测试及冲击波感度应用为第2梯队,占比均高于10%。提高冲击波感度、冲击波感度调控和冲击波防护为第3梯队,共占比不足8%,占比较低,技术创新较难,不易出成果。

2 含能材料冲击波感度相关重点专利综述

选择已授权,在它局有同族或有代表性技术的专利文献作为重点专利进行综述。

2.1 降低冲击波感度

降低冲击波感度是含能材料冲击波感度相关技术的核心之一,其包括单质和复合含能材料的降感,其中单质含能材料的降感主要涉及重结晶、机械研磨、表面修饰3个方面,复合含能材料的降感主要涉及高能炸药、推进剂、民用炸药和火工品4个方面,下面对相关重点专利进行具体介绍。

2.1.1 单质含能材料

1)重结晶。

中国工程物理研究院化工材料研究所CN102230227A[9]通过超声降温结晶法制得10~50 μm的高品质黑索今RDX、季戊四醇四硝酸酯PETN、奥克托今HMX、六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7颗粒,该颗粒晶体缺陷少,球形度高,冲击波感度大大降低。CN102320903A[10]通过超声溶析结晶法制得5~50 μm的高品质含能晶体材料颗粒,密度达到晶体理论密度的99.9%以上,用于浇注或压装PBX炸药,冲击波感度大大降低。

北京理工大学CN106188071A[11]通过溶剂非溶剂交替快加法制得圆滑大颗粒六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20,预期降低冲击波感度。CN106317061A[12]首先将低浓度的六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20溶液加入到非溶剂中,持续搅拌,析出晶体;然后加入高浓度的CL-20溶液,搅拌均匀后加入大量非溶剂使晶体从溶液中析出;过滤、洗涤、干燥得到圆滑大颗粒CL-20晶体,预期降低冲击波感度。

西安近代化学研究所CN109053620A[13]通过重结晶工艺控制3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱DNTF晶核的缓慢生成和晶体的缓慢生长制备低冲击波感度DNTF,其比现有技术DNTF粗品测得的G5020.36 mm降低39.6%。

山西北化关铝化工有限公司CN105418524A[14]通过冷却重结晶法制得特质3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮NTO,减少了晶体内部缺陷,消除了表面瑕疵,提高了晶体品质,降低了冲击波感度。

法德圣路易斯研究所FR2886641A1[15]通过冷却重结晶制备冲击波不敏感球形硝胺炸药。

2)机械研磨。

北京理工大学CN103360185A[16]将湿法搅拌磨和溶剂溶解相结合,对六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20炸药颗粒进行圆滑处理,预期降低冲击波感度。CN103506194A[17]通过对CL-20浆料进行循环研磨可快速批量制备超细CL-20炸药颗粒,可预期降低冲击波感度。

中国工程物理研究院化工材料研究所CN103214325A[18]首先通过机械粉碎,然后进行溶剂热诱导生长制备高品质六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20炸药晶体颗粒,将其用于PBX炸药,冲击波感度降低将近10%。CN103342618A[19]通过将六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20、表面活性剂溶液和研磨球加入到研磨罐中进行行星研磨得到炸药悬浮液,并对炸药悬浮液进行固液分离和干燥来批量制备亚微米CL-20炸药颗粒,可预期降低冲击波感度。

3)表面修饰。

中国工程物理研究院化工材料研究所CN103497070A[20]将六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20炸药颗粒通过溶剂浸蚀和表面抛光制得高度球形化的炸药晶体材料,将其应用于PBX炸药,冲击波感度降低将近8%。

美国伊士曼化学公司US5808234A[21]在黑索今RDX的表面涂覆三烷基聚烷氧基亚烷基季铵氯化物以降低冲击波感度。

中北大学CN114804983A[22]先将2,4-二硝基苯酚DNP加热熔融形成 DNP熔液,然后将多孔铝通过氮丙啶类键合剂进行浸渍处理,干燥并预热后置于DNP熔液中进行超声振荡浸渍,获得一种DNP填充于多孔铝孔隙中的骨架含能材料,采用不同厚度的有机玻璃隔板对其冲击波感度进行了测试,结果显示,50%发生反应的冲击波感度隔板厚度值约为4.72 mm,该骨架含能材料冲击波感度较低,同时兼顾优异的力学性能。CN116573978A[23]公开了一种制备骨架型含能材料的充填装药装置,该装置中带有通孔的隔板将充填机构内部分为上下2个空间,上方空间连接加药机构和外部加压装置,下方空间与真空机构连接,通过给予隔板上多孔铝骨架结构外部加压和内部孔隙真空的双重作用,使低熔点炸药熔液渗透填充多孔铝的孔隙中,制得骨架型含能材料冲击波感度较低,具有良好的安全性能。

西安交通大学CN115819168A[24]先在黑索今RDX上包裹高氯酸铵三乙烯二铵复盐DAP4,形成镶嵌结构的复合物RDX@DAP4;再将乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA包覆于复合物RDX@DAP4上;通过己二酸二辛酯DOA填充EVA与最外侧 DAP4颗粒之间的间隙,形成包覆粒子,压制成型制得复合炸药,其冲击波感度低于硝胺炸药。

美国陆军部US6524706B1[25]采用石墨包覆推进剂用高能填料六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷TNAZ、硝基胍NQ、黑索今RDX或奥克托今HMX,降低了推进剂的冲击波感度。

2.1.2 复合含能材料

1)高能炸药。

西安近代化学研究所CN116082103A[26]将二羟基氨基四唑二羟胺盐TKX50/高氯酸铵AP/含能材料复合物、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂、黏结剂和石蜡制成TKX50基高能复合炸药,采用GJB772A-1997方法605.1进行冲击波感度测试,隔板厚度在20 mm以上,该复合炸药冲击波感度较低,具有良好的起爆、能量和安全性能。CN112592246A[27]基于1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7的不敏感特性,采用纳米黑索今RDX、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7、铝粉、黏结剂配置不敏感炸药,大隔板试验冲击波感度G50在30 mm左右,冲击波感度较低,兼顾高能和不敏感特性。

中国工程物理研究院化工材料研究所CN103073369A[28]采用黑索今RDX、铝粉、黏结剂端羟基聚丁二烯HTPB、钝感剂石蜡、增塑剂癸二酸二异辛酯DOS、固化剂甲苯二异氰酸酯TDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI配置浇注固化型高爆热炸药,其冲击波感度L50为15.12 mm,该炸药满足高性能武器装备所需的高效毁伤和冲击波感度。CN103145512A[29]采用奥克托今HMX、黏结剂端羟基聚丁二烯HTPB、钝感剂石蜡、增塑剂癸二酸二异辛酯DOS、固化剂甲苯二异氰酸酯TDI或异佛尔酮二异氰酸酯IPDI配置高格尼能低易损性PBX炸药,其冲击波感度L50为17.7 mm,该炸药满足武器装备所需的高效毁伤和冲击波不敏感特性。CN106365931A[30]采用炸药、金属粉、高氯酸铵AP、黏结剂、石蜡、石蜡微胶囊和固化剂配置石蜡微胶囊防渗油PBX炸药,石蜡微胶囊的加入使得PBX炸药冲击波感度略有降低。

俄罗斯国家原子能集团RU2417971C1[31]采用六硝基六氮杂异伍兹烷CL-20、聚丙烯酸甲酯、羟嗪或其类似物以及石墨配置高能炸药,其具有低冲击波感度特性。

德国迪尔防务公司DE102008036649A1[32]采用硝胺炸药、黏合剂、增塑剂、石墨、红磷配置PBX炸药,其中增塑剂的添加降低了炸药的冲击波敏感性,该PBX炸药可用于地雷、手榴弹装药。

韩国国防发展局KR920017987A[33]采用黑索今RDX、乙酸乙烯酯的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂和己二酸二辛酯DOA配置可压实的复合炸药,采用大隔板试验对含有31%和15%含量的乙酸乙烯酯的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂的复合炸药进行比较,其中一张卡的厚度为0.25 mm,两种复合炸药试验卡片数量分别约为232和202,该复合炸药具有冲击波不敏感特性。

美国阿利安特技术系统公司US2003/0094224A1[34]采用六硝基六氮杂异戊兹烷CL-20和增塑黏合剂配置高能炸药,通过NOL卡间隙测试,冲击波感度降低至140卡以下,其冲击波感度低于LX-19。US2003/0005988A1[35]采用单硝基芳族化合物和二硝基芳族化合物的有机黏合剂和氧化剂配置可熔融浇筑的炸药组合物,采用大隔板测试,其中一张卡的厚度为0.0254 cm,可表现出小于81张的卡间隙,其具有低冲击波性能,可用于替代三硝基甲苯TNT。

美国陆军部US2003/0140993A1[36]采用单硝基芳族化合物和二硝基芳族化合物的有机黏合剂,氧化剂和反应性金属燃料配置可熔融浇筑的炸药组合物,采用大隔板测试,其中一张卡的厚度为0.0254 cm,该炸药组合物的卡间隙可小于85张,其具有低冲击波、撞击和热敏感性,可用于替代三硝基甲苯TNT。US8663406B1[37]采用二亚乙基三胺三硝酸盐DETN、乙二胺二硝酸盐EDD、甲基胍MeNQ、硝基胍NQ和黑索今RDX配置冲击波不敏感熔铸炸药,当黑索今含量为10%时,大隔板测试间隙压力为32 kbar(1 bar=100 kPa)。

2)推进剂。

西安近代化学研究所CN107602395A[38]基于1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯FOX-7的不敏感特性,在改性双基推进剂中,用FOX-7取代黑索今RDX,冲击波感度大幅度降低,改性双基推进剂的安全性大幅度提高。

湖北航天化学技术研究所CN105198681A[39]采用端氨基聚醚高聚物ATPE、硝化甘油NG、1,2,4-丁三醇三硝酸酯BTTN、N-脒基脲二硝酰胺盐GUDN、硝酸铵AN、铝粉、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI配置洁净推进剂,其冲击波感度的卡片厚度值为7.32 mm,满足1.3级复合固体推进剂的要求。

法国国营火炸药公司FR2584066A1[40]采用5-氧代-3-硝基-1,2,4-三唑部分或者全部替代固体推进剂中通常用作氧化剂的黑索今RDX或奥克托今HMX来配置固体推进剂,其冲击波感度明显低于含RDX和HMX的固体推进剂。

3)民用炸药。

南京理工大学CN1336355A[41]采用硝酸铵、辅助氧化剂、助溶剂、消焰剂、水组成水相,有机油相材料和乳化剂组成了油相,将水相和油相乳化形成乳胶后,喷雾制粉制得煤矿许用粉状乳化炸药,该煤矿许用粉状乳化炸药的爆速可达3800~4000 m/s,殉爆距离为10~20 cm,较现有煤矿许用粉状乳化炸药均有所增加。

俄罗斯国家原子能集团RU2770805C1[42]采用三氨基三硝基苯TATB、奥克托今HMX、高氯酸铵AP、可燃金属粉末、增塑剂LD-70、聚丙烯酸类聚合物和二苯胺配置不敏感炸药组合物,该炸药组合物具有高能和低冲击波感度特性,可用于采矿、地质学、建筑的爆破上。

4)火工品。

山西北化关铝化工有限公司CN102887804A[43]通过水悬浮法将甲基丙烯酸甲酯与黑索今黏合成颗粒状,制得雷管用次发装药,其冲击波感度G50为59.60 mm。

2.2 冲击波感度测试

冲击波感度测试是含能材料冲击波研究的基本表征手段,重点专利如下。

西安近代化学研究所CN109696538A[44]通过冲击波感度试验测试出多孔炸药的临界起爆压力,再从临界起爆压力和多孔炸药微观结构出发建立点火模型,结合炸药微孔孔洞坍塌理论,由孔洞坍塌压力和特征时间来评价多孔炸药的起爆能力。CN107632043A[45]和CN107655936A[46]分别公开了炸药弱冲击点火阈值测试装置和传爆药临界点火压力测量装置,2种装置的剖面图如图1所示,其利用主发炸药爆轰产生的爆轰波经过隔板衰减之后作用在被发炸药上,引起被发炸药发生反应,通过底座形成的凹坑深度、被发壳体的形变等判断被发炸药的反应形式,均可测量冲击波作用下传爆药发生点火的临界压力,为传爆药的研发提供支持。

中国工程物理研究院化工材料研究所CN102879249A[47]公开了炸药冲击波感度隔板试验的无损制样方法,其将散装炸药试样颗粒振实装填在套筒后用浸润液占据颗粒间的孔隙,消除了颗粒间隙对冲击波感度测试的影响。

西南科技大学CN118534079A[48]通过改变箔电极以及金属箔在基体上的设置方式,使得在包括基体、飞片以及加速膛的叠层结构上,利用飞片、基体以及箔电极,限制金属箔发生电爆炸所产生的等离子体射流的运动方向,使得等离子体能量被集中作用于飞片上与通孔层叠的位置,完成飞片剪切以及剥离部分在通孔中的进一步加速,避免箔电极侧向存在腔隙,等离子体射流通过腔隙侧向泄漏后,造成电爆炸能量不集中以及多次试验中等离子体射流对飞片做功存在较大偏差的问题,有利于试验的可重复性和一致性。

上海市计量测试技术研究院CN108132118A[49]公开的用于测试炸药冲击波感度的隔板试验仪,其试验和控制模块相互独立设置,安全性得到了保障。

大连理工大学CN108802328A[50]公开了一种定量判断炸药殉爆的方法,采用的殉爆装置如图2所示,其将连续电阻丝探针固定于主爆药卷和受爆药卷中心,并整体置于试验支架的半圆形管槽内,保持药卷处于同一轴心,通过移动受爆药卷将殉爆间距调整为预期值L,受爆药卷末端引出的探针通过同轴电缆与信号采集仪相连,将雷管插入主爆药卷起爆端,开启信号采集仪,起爆炸药,信号采集仪将记录连续电阻丝探针的电压信号曲线,对此进行换算可得到爆轰波-冲击波时程曲线,通过比较爆轰波行程与药卷的长度即可判断受爆药卷是否殉爆。该方法可连续记录主受爆药卷的爆轰波速度,定量分析爆轰波的发展,对判断炸药殉爆更可靠。

俄罗斯国家原子能集团RU2647453C1[51]公开了一种用于确定炸药熔体对冲击波作用的敏感性的装置,该装置包括同轴地安装在用于所研究的炸药样品的垂直引导件中的比色皿、惰性屏障、冲击波作用源和起爆装置。比色皿位于惰性屏障上,加热器安装在该惰性屏障下方,并且惰性屏障由彼此相距给定距离定位的两个部分制成,而惰性屏障的下部安装成与比色皿接触,并且惰性屏障的上部制成具有增加或减小厚度的可能性的锥体的形式。该装置可以在不同温度下评估炸药熔体对冲击波作用的敏感性。

2.3 冲击波感度应用

河北省矾山磷矿有限公司CN115854804A[52]利用炸药的冲击波感度特性,形成稳定的爆轰波,使得起爆区炸药能量完全释放,形成高压、高温的冲击波,间隔装药区受冲击波影响,诱使间隔装药段炸药形成不稳定爆轰波,使爆炸能量有限施放。周边炮孔通过间隔装药、延时起爆等方式,使爆破时爆破裂隙沿相邻炮孔发展,最终形成较为完整的开挖轮廓界面。

俄罗斯Dobrynin Ivan Aleksandrovich RU2354926C1[53]通过起爆装置引发启动系统,起爆装置将所需的脉冲传输到位于系统下部隔室中的电或非电雷管,电或非电雷管引发雷管检查器,雷管检查器又引发位于系统上部隔室中的炸药,并且提供强大且持久的脉冲的炸药引发主钻孔装药,提高了具有低冲击波灵敏度的钻孔炸药的引爆效率。

加拿大Daren Normand Swanson CA2710026C[54]采用二氧化碳作为氧化剂,镁粉作为燃料配置冲击波感度较高的炸药组合物,以用于爆炸合成各种尺寸的金刚石材料。

2.4 提高冲击波感度

由于关系到安全和可靠性,感度是选择和使用含能材料的重要依据。为确保安全,需选择感度低的含能材料,或采取一定方法降低含能材料的感度;为提高爆炸的可靠性,则需选择感度高的含能材料或采取一定的方法提高含能材料的感度[55]

2.4.1 单质含能材料

美国加利福尼亚大学US2002/0129880A1[56]在密封容器中用氢氧化铵溶液对三氯三硝基苯进行超声胺化,得到具有约6 μm中值粒径的三氨基三硝基苯TATB颗粒,有效增加了冲击感度。

2.4.2 民用炸药

南京理工大学CN103193565A[57]了热敏热混制备多孔粒状铵油炸药的方法,其将柴油和十八烷胺盐酸盐在65~85 ℃下热混得到复合柴油,再将多孔粒状硝酸铵加热到65~85 ℃,添加复合柴油,控温混合制得多孔粒状铵油炸药,其殉爆距离在3 cm以下,提高了冲击波感度。

长沙矿山研究院CN1124239A[58]通过将猛炸药进行超细粉碎或者添加敏化剂来提高导爆索芯药的冲击波感度。其中,猛炸药选用平均粒径为5~50 μm的季戊四醇四硝酸酯PETN、黑索今RDX、奥克托今HMX或六硝基茋HNS,敏化剂选用高氯酸钾、四氧化三铅、过氧化铅、过氧化钡、铝粉、硅粉、钛粉、锆粉、硼粉中的一种或两种。

2.5 冲击波感度调控

中国工程物理研究院化工材料研究所CN102863301A[59]公开了一种基于晶面取向调控炸药冲击波感度的方法,其先通过加工炸药预制组件,然后按照不同的加工角度得到不同晶面取向的炸药柱,通过不同角度调节炸药柱的冲击波感度,从而实现对炸药冲击波感度的有效调控。该方法具体步骤包括:①片状炸药晶体的制备与筛选;②炸药预制件的成型;将步骤①形成的片状炸药晶体通过浇注或压制方式加工成型,得到炸药预制件;③将步骤②的炸药预制件冷却成型后,脱模取出炸药预制件,标注好方向待用;④将步骤③得到的炸药预制件进行SEM分析,判定取向方向,并做好标记;⑤将步骤④得到的炸药预制件按照0°、45°、90°3个角度方向进行加工,制作成为冲击波感度测试需要的炸药药柱样品;⑥将步骤⑤得到的各个方向的炸药药柱样品进行冲击波感度测试,并做好各个方向的冲击波记录和统计分析,得到各个方向的冲击波感度结果;⑦将步骤⑥得到的冲击波感度结果进行分析,判定各个角度方向上冲击波感度的差异特性;⑧根据步骤⑦的分析结果,按照所需角度方向对步骤③得到的炸药药柱进行加工,即可得到冲击波感度在预定范围内的炸药药柱。

2.6 冲击波防护

中国邢立平CN109387123A[60]公开了一种防殉爆弹药包装箱,其利用泡沫铝合金的围观结构来衰减冲击波以降低到弹药的冲击波感度以下,从而消除弹药发生殉爆的危险。该包装箱具体结构包括:箱体、箱盖、锁扣、衬块、充气阀、排气阀;所述箱体和箱盖由泡沫铝合金材料铸造而成,为相互配合的壳体,并在长边上设有锁扣;所述箱体上表面中部设有一条连续的密封槽,槽内装有密封胶条;所述箱体内部装有与其内壁紧密贴合的上、下衬块;上、下衬块为相同形状且相互配合的块状低密度聚苯乙烯泡沫,上、下衬块结合表面按弹药外形开有弹体槽、环状槽和防潮剂腔;所述箱盖上表面的角部设有对称分布的4个球冠状凸起,用于堆垛时上下箱体的定位;箱体底面设有与球冠状凸起相配合的球冠状凹槽,底部横向设有贯通的矩形叉车槽;所述箱体侧面,在把手的下方分别安装有充气阀和排气阀,充气阀用来向箱内注入惰性气体,以保护弹药免受环境气体影响,延长储存寿命,尤其是在大洋、海岛等高湿、高盐分环境条件;排气阀用来在充气时排掉内部原有气体,也可用来检测箱体内部压力。

3 结论与建议

3.1 结论

目前含能材料冲击波感度相关专利申请处于平稳发展阶段,中国、美国和俄罗斯的申请量共占全球86.2%,侧面反映出中美俄在军事发展上的重视程度。其中,西安近代化学研究所申请量为26件,国内最大,美国陆军部和俄罗斯国家原子能集团申请量为分别14件和12件,为两国之最,3个创新主体既注重技术创新,也关注知识产权保护。在含能材料冲击波感度相关技术中,降低冲击波感度为研究热点,其主要包括单质和复合含能材料的降感。冲击波感度测试和应用是较为重要的技术分支,提高冲击波感度、冲击波感度调控和冲击波防护为技术的有效补充。

3.2 建议

通过对含能材料冲击波感度相关技术的专利分析,建议创新主体充分利用专利信息提高创新水平,同时利用各国专利制度特点进行合理的专利申请。我国创新主体可以以专利为导向,排查风险和技术空白,结合含能材料的特点,以军工企业为主体,高校和科研院所为技术支持,产学研多方面进行合作,形成优势互补,力争在某些技术上有所突破。同时,对于科研成果,积极申请专利,制定针对性的知识产权战略,特别要注重在国外进行专利布局,加大知识产权使用和保护力度,为后续的研发创造有利条件。此外,密切关注全球技术发展趋势,特别是国外进入我国的专利申请情况,一旦国外来华某个技术分支的申请量突然加大,就有可能形成制约我国含能材料研发的专利布局,需高度重视,避免出现重复研发甚至专利侵权。

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