纳米CL-20含能墨水配方设计、直写规律及传爆性能研究

摘要

基于直写技术，针对MEMS火工品传爆序列中微尺度传爆药装药难题，本文将微笔沉积直写技术与微火工序列技术相结合，研究了纳米CL-20含能墨水配方设计、CL-20墨水直写规律和流动机理、CL-20墨水直写装药传爆性能等内容，具体如下:
　　(1)研究了氟橡胶、硝化棉和GAP三种粘结剂、CL-20含量等因素对墨水配方稳定性的影响，结果显示:以氟橡胶为粘结剂，溶胶态CL-20墨水有较好的稳定性;以硝化棉为粘结剂，溶胶态和悬浮态CL-20墨水均有较好的稳定性。
　　(2)研究了直写压力、微笔喷头内径及墨水粘度等因素对含能墨水直写线宽影响规律，结果表明:含能墨水粘度的减小、墨水直写压力和微笔笔头内径的增大，直写线宽增大，但压力增幅与线宽增加成线性关系，而随着墨水粘度的减小线宽增幅减小、随着微笔内径增加线宽增幅明显增大，同时直写装药时为防止空气进入墨水应控制直写线宽。
　　(3)基于FLUENT6.3建立了含能墨水在微笔内流动模型，仿真结果显示:直写微笔墨水流动为层流，流动速度随着直写压力增大线性增加、随着粘度增大速度降低且降低的幅度变小、微笔内径的增大墨水流动速度增加的幅度增大。
　　(4)分别以氟橡胶和硝化棉为粘结剂制备3组含能墨水，通过微笔沉积直写技术装药，测试了3组墨水传爆性能。结果表明:当墨水组分CL-20、硝化棉、乙酸丁酯和紫外光固化剂的质量分数分别为41.5％、2.1％、53.9％和2.5％时，直写装药后墨水溶剂挥发，CL-20含量可达90％，其爆轰速度高于7000m/s、传爆临界直径约为0.28mm。
　　(5)使用LS-DYNA软件模拟了纳米CL-20含能墨水小尺寸装药的传爆压力和传爆临界厚度。结果显示，CL-20炸药稳定爆轰波的峰值压力约为15 GPa，CL-20炸药爆轰稳定传播的临界尺寸约为0.31mm，该值与实验测试值0.28mm较为接近，说明模拟结果可靠。
　　(6)针对CL-20含能墨水直写技术在微尺度装药的应用问题，研究了微尺度装药的传爆可行性。测试表明:纳米CL-20含能墨水通过微笔沉积直写装药技术能够完成对装药尺寸为500μm×500μm×60mm模具的直写装药，并且传爆药起爆能够发生稳定爆轰，证明悬浮态CL-20含能墨水配方具备了初步工程化的应用基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 直写技术概述

1．2．1 微喷射直写技术

1．2．2 微流动直写技术

1．2．3 纳米探针直写技术

1．2．4 能束辅助直写技术

1．3 含能墨水直写技术概述

1．4 含能墨水直写技术发展现状

1．5 本文主要工作

2 含能墨水配方设计

2．1 含能墨水配方组分

2．1．1 纳米CL-20炸药

2．1．2 粘结剂体系

2．1．3 添加剂

2．2 含能墨水制备工艺

2．2．1 溶胶态含能墨水制备工艺

2．2．2 悬浮态含能墨水制备工艺

2．3 含能墨水配方分析

2．3．1 含能墨水稳定性研究

2．3．2 含能墨水直写特性研究与表征

2．4 本章小结

3 CL-20含能墨水直写系统与直写规律

3．1 含能墨水微笔沉积直写系统

3．1．1 直写系统软件

3．1．2 直写系统硬件

3．1．3 直写系统固化光源

3．2 含能墨水微笔沉积直写规律

3．2．1 纳米CL-20含能墨水制备

3．2．2 含能墨水微笔沉积直写特性

3．3 含能墨水直写流动模拟

3．3．1 喷射流动理论分析和网格模型

3．3．2 含能墨水流动分析

3．4 本章小结

4 CL-20含能墨水直写装药传爆性能

4．1 CL-20含能墨水传爆爆速

4．1．1 爆速测试系统

4．1．2 结果和分析

4．2 CL-20含能墨水传爆临界尺寸

4．3 CL-20含能墨水微尺度直写装药传爆性能验证

4．3．1 CL-20含能墨水微尺度装药模具

4．3．2 CL-20含能墨水微尺度装药

4．4 含能墨水直写装药传爆性能模拟

4．4．1 爆轰压力模拟

4．4．2 传爆临界厚度模拟

4．5 本章小结

5 论文结论

致谢

参考文献

读取硕士学位期间发表的论文和出版著作情况