课程代号
D-58
工 药 剂
进修考核大纲
刘红梅 编
兵器工程师进修大学
2012年8月
火 学
《火工药剂学》进修考核大纲
第一章 绪论
要求：
1、重点掌握火工药剂的概念、作用、特征、分类； 2、掌握火工品的组成及各部分作用 3、了解火工药剂发展历史 主要内容：
1.1 火工药剂基本概念及作用
1、火工药剂：火工品专用的特种含能材料，它的作用是接受火工品换能元件给出的微弱刺激能量，发生快速化学反应，释放燃烧、燃爆或爆炸能量。使火工品实现点火、传火、起爆、传爆、延期、作功以及烟火效应。
2、火工品的组成
火工品是由换能元、火工药剂和火工序列构成的一次性使用的元器件、装置和系统的总称。
3、火工药剂学研究的主要内容
主要内容涉及：①化合物结构、组成与火工药剂性能关系研究；②起爆药分子设计与合成研究；③混合药剂配方设计与制备研究 1.2 火工药剂的发展历史 1.2.1 火工药剂发展历史
1、古代火工药剂：黑火药→火药
2、现代火工药剂：雷汞→二硝基重氮酚（DDNP）→叠氮化铅（PbN3）→斯蒂芬酸铅→四氮烯
3、新型火工药剂与先进火工品：安全钝感型的新一代火工药剂 1.2.2 火工药剂对火工品及军事的作用 1.3 火工药剂的特征与分类 1.3.1 火工药剂的特征
火工品是武器装备的首发元件和最敏感部件，其特征主要是由其装填的火工药剂决定的，火工药剂特点：①最敏感； ②易燃、易爆； ③用量少； ④作用广。 1.3.2 火工药剂的分类
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①按化学组成分：单一化合物、多组分混合物。前者主要是指单质起爆药，但绝大多数火工药剂是混合药剂。
②按输出功能角度分：爆轰型、燃烧型、气体压力作功型。
③按作用功能分：起爆药、传爆药、击发药、针刺药、点火药、延期药、产气药、烟火药。
④按组成与配方设计特点分：单质起爆药（或添加少量功能添加剂）；两种以上单质起爆药混合；一种以上单质起爆药和氧化剂、还原剂、少量感度、能量调节剂混合；氧化剂、还原剂和少量各种功能添加剂混合。 1.3.3 火工药剂的基本要求
火工药剂在军民火工品中获得应用，必须满足以下要求： ⑴物理、化学性能稳定 ⑵良好的装药工艺性能 ⑶合适的感度性能 ⑷可靠地输出性能
第二章 火攻药剂的性能基础
要求：
1、重点掌握火工药剂感度的概念、作用、特征、分类； 2、了解火工药剂燃烧性能参数计算； 主要内容： 2.1 火工药剂的感度基础 2.1.1 火工药剂感度的基本概念
1、火工药剂感度的一般概念：指化合物或多组分混合物发生分解或氧化还原化学反应的难易程度，它描述了火工药剂不稳定的初始激发反应过程，表征感度的特征能量为能栅E栅。
2、能栅E栅的解释：由物质的物理化学性能决定的，影响比较广。
3、火工药剂受激发引起反应的基本条件：E刺≥E栅；可靠度表示为：E刺－E栅。 4、火工药剂安全的基本条件: E栅≥E环；安全度表示为：E栅－E环。 5、火工药剂特征感度基本概念：
由于火工药剂对感度有选择性，对不同的外界刺激形式响应程度不同，药剂特征感度的概念就是建立在药剂各种感度选择性的差别之上的，通常由构成火工药剂的化合物或组成对于不同的能量刺激具有不同刺激反应的能栅E栅表征。
特征感度药剂的两种性能：“最小值”、“最大值”。 2.1.2 火工药剂感度与分子结构、组成关系
火工药剂的感度影响因素有：药剂的化学结构与组成、物理状态、装填条件等。
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单质起爆药感度取决于：分子结构
混合火工药剂感度取决于：组成物质的物理化学性能以及相互之间的化学反应性，即氧化性、还原活性与氧平衡。 2.1.3 火工药剂感度的物理因素
物理因素主要有：晶体形态、粒度大小与颗粒分布、表面状态和晶型控制剂、装药条件等。
两种晶型控制剂：增感剂、钝感剂 2.1.4 火工药剂的感度设计与调解途径（了解） 2.2 火工药剂燃烧性能参数计算 2.2.1 火工药剂燃烧产物的组成及计算
在给定热力学状态下，计算化学平衡组成通常有两种方法：化学平衡常数法、最小自由能法。前者适用于含化学元素较少、平衡组成较为简单、精度要求不高的系统；后者适用于复杂系统平衡组成，并且用的最多的是最小吉布斯自由能法。 2.2.2 化学平衡常数法
2.2.3 自由能最小化计算火工药剂燃烧产物组成 2.2.3 燃烧温度的计算
第三章 火工药剂固相反应基础
要求：
1、重点掌握热分析方法及其原理；安定性、相容性的定义和测试方法及判据； 2、掌握固相反应、秒量漂移； 3、了解非化学整比性化合物、晶体缺陷 主要内容：
3.1 火工药剂固相反应的基本概念
固相反应：指有固态物质参与的化学反应，即必须至少有一种固态物质参与反应。可以归纳为三类：一种固态物质的反应；两种或多种反应物以固态形式进行的化学反应；固态物质表面上的反应。
影响固相反应的因素：固体反应物质的晶体结构、内部的缺陷、形貌（粒度、孔隙度、表面状况）、固体起始反应的塔曼温度、组分的能量状态等。 3.2 火工药剂的化学反应活性与晶体缺陷
缺陷的重要性：点缺陷在晶格结点内产生移动就是原子的扩散，并且是晶体中发生物质传输的基础，若晶体中不存在点缺陷、没有点缺陷的移动，就不会发生原子的扩散或固相反
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应，因此晶体中的缺陷决定着固体物质的化学活性，而且各种缺陷还决定着晶体的光学、电学、磁学、力学和热学等方面的性质。
点缺陷的两种类型：弗伦凯尔缺陷（间隙原子＋空位）、肖特基缺陷（正负离子空位） 3.3 非化学整比性低氢化钛TiHx基点火药（了解） 3.4 非整比氧化物与叠氮化铅的热分解（了解） 3.5 固－固相反应与扩散机理
固－固相反应：指两种或两种以上的固态物质之间的反应（属非均相反应）。
秒量漂移的根本原因：可燃剂与氧化剂相接触，发生固－固相氧化反应，通过扩散生成氧化膜，使可燃剂表面活性降低，导致延期药在燃烧状态下氧化还原反应速度减慢，延期时间延长。
3.6 固相热分解与安定性和相容性 3.6.1 固相热分解反应
物质的热分解定义：指在热的作用下，固体物质分子（如单质火工药剂）发生键断裂，形成各种质量小于原物质的分解产物的现象。 3.6.3 研究固体热分解的热分析方法
1、差示热分析法（DTA）原理：将试样和热惰性参比物（α-Al2O3）在同一条件下，按一定的温度程序加热或冷却，比较两者之间的温度差变化继而判断试样的热安定性。温度差值越大，试样的热安定性越不好。
2、热重分析法（TGA）原理：利用热天平原理测定试样在程序升温下，物质产生热分析质量变化对温度的关系。从热重曲线上可以得到试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等数据。
3、差示扫描量热法（DSC）原理：在程序升温下，测量输入到试样和参比物的功率差与温度关系。差值越大，热安定性越不好。
DSC与DTA的区别：当试样与参比物之间出现温度差时，不是直接记录下这一温度，而是通过功率进行补偿，使试样与参比物的温度差为零时的条件下，将补偿的功率记录下来。
DSC的应用：测定多晶型药剂的晶型转化、热化学参数、相图的测定、反应热和热分解动力学参数以及安定性相容性的研究。 3.6.5 热分解气体压力法
热分解气体压力法：包括布鲁顿法和真空安定性试验（VST），原理是将一定量的试样，在定容、恒温和一定真空度条件下加热，进行热分解试验，利用压力计或压力传感器转换成电信号自动记录，随时记录热分解的气体压力变化，然后根据气体定律换算成标准状态的体
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