超細(xì)材料具有一系列優(yōu)異的電、磁、光、力學(xué)和化學(xué)等宏觀特性，從而使其成為一種新型材料，在電子、冶金、宇航、化工、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。無論是美國的“星球大戰(zhàn)計(jì)劃”、“信息超音速公路”，歐共體的“尤里卡計(jì)劃”，還是日本的“高技術(shù)探索計(jì)劃”，以及我國的“863計(jì)劃”，都把超細(xì)材料的研究列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。

目前，世界各國對(duì)超細(xì)材料的研究主要包括制備、微觀結(jié)構(gòu)、宏觀物性和應(yīng)用等四個(gè)方面。其中，超細(xì)粉的制備技術(shù)是關(guān)鍵，因?yàn)橹苽涔に噷?duì)超細(xì)粉的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能具有重要的影響。

氣流研磨分級(jí)制粉設(shè)備能量利用率較一般機(jī)械設(shè)備高，適用于干法生產(chǎn)超細(xì)粉體。美國、德國、日本在二十世紀(jì)七十年代相繼研制成功，并投入大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。國內(nèi)，1985年由中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超音速所研制出首臺(tái)超聲速超細(xì)氣流磨，主要性能指標(biāo)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，并迅速研制出單噴式、對(duì)噴式、流化床式等“CP”氣流磨。目前，該系列機(jī)型廣泛應(yīng)用于化工、電子、陶瓷、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

本研究利用CP-11、CP-20型超細(xì)氣流磨，在對(duì)其加以改造的基礎(chǔ)上，對(duì)固體推進(jìn)劑高氯酸銨(AP)，烈性火炸藥黑索今(RDX)、奧克托今(HMX)，固體推進(jìn)劑1-3-5-三氨基-2-4-6-三硝基苯（TATB），進(jìn)行了研磨分級(jí)技術(shù)研究，雖然個(gè)別研究仍屬探索性實(shí)驗(yàn)，但至少拓寬了超細(xì)氣流研磨分級(jí)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有進(jìn)一步研究及工業(yè)化的應(yīng)用前景。

1研磨分級(jí)技術(shù)研究

在改進(jìn)后的CP-11、CP-20氣流磨上，對(duì)AP、RDX、HMX和TATB物料進(jìn)行了研磨分級(jí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)物料的基本性質(zhì)如表-1所示。

表-1各種物料的基本性質(zhì)

2.1.2包覆劑選擇

取經(jīng)CP-11研磨分級(jí)后，但已團(tuán)聚的AP各100g，然后與表-2所示的包覆劑配方混合，置于多功能攪拌器中，攪拌5min，轉(zhuǎn)速1000r/min。攪拌結(jié)束后，取出樣品，觀察實(shí)驗(yàn)效果。

表-2包覆劑配方

配方

實(shí)驗(yàn)號(hào)

綜合比較實(shí)驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)4#實(shí)驗(yàn)方案可以將團(tuán)聚的AP完全分開，且粒度均勻。其次為3#、5#，且含有A、B的體系放熱較多，溫度明顯升高，表明二者可以明顯降低超微AP顆粒的新增表面能，而7#試樣配方，則效果顯著比其它配方差，AP分散不均勻，體系放熱不明顯。

由以上實(shí)驗(yàn)，故選定4#實(shí)驗(yàn)配方，作為在CP-11機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)的優(yōu)選方案。

2.1.3氣流研磨實(shí)驗(yàn)

按以上4#配方，首先將一定量的AP原料和A、B均勻混合，然后加入料斗中，進(jìn)行氣流研磨分級(jí)實(shí)驗(yàn)。在研磨分級(jí)過程中，下料非常順利，沒有再出現(xiàn)出料困難、管路堵塞、嚴(yán)重附壁等問題，研磨分級(jí)完成后，在旋風(fēng)收集器、吸塵器中分別取樣(標(biāo)號(hào)為AP1、AP2)，進(jìn)行粒度測試與電鏡分析。

2.1.4粒度與粒度分布測試結(jié)果

超微AP1：d0.1=3.63mm；d0.5=5.45mm；比表面積184.13m2/m3。

超微AP2：d0.1=1.59mm；d0.5=3.47mm；比表面積210.28m2/m3。

掃描電鏡結(jié)果分析

利用掃描電鏡對(duì)所得的超微AP1、AP2進(jìn)行形貌觀測，結(jié)果如圖-4、圖-5所示。它展示了不同

放大倍數(shù)下顆粒的分布均勻性及顆粒大小。

從掃描電鏡圖可以看出：氣流研磨制得的超微AP顆粒較均勻，大顆粒數(shù)目較少；AP1試樣最

大顆粒粒徑一般在10~14mm，小顆粒粒徑多分布在4~9mm，最小顆粒粒徑達(dá)到1.2mm；AP2試樣小

顆粒粒徑一般在3~7mm，最小顆粒粒徑可達(dá)300nm；顆粒多呈不規(guī)則形狀。

2.1.6AP氣流研磨分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

A、B包覆劑均屬表面活性物質(zhì)，在和AP共同進(jìn)行氣流研磨過程中，可均勻包覆于超微AP表

面，它們可以對(duì)AP微細(xì)顆粒表面進(jìn)行潤滑，且迅速降低超微AP顆粒的表面能，使其難以再進(jìn)行團(tuán)

聚，故可以明顯改善研磨效率。

而C包覆劑雖具有一定效果，但其物理性質(zhì)決定了難以研磨，研磨后仍以大顆粒存在，在研磨

分級(jí)過程中不能均勻包覆AP顆粒，不能起到潤滑、干燥、降低超微AP顆粒表面能的作用，故效果不明顯。

實(shí)驗(yàn)證明氣流研磨制備超微AP，在經(jīng)過一定的技術(shù)處理和改造后，仍不失為一種較理想的方法，此方法對(duì)研磨制備其它易吸濕、易團(tuán)聚的物料也具有十分重要的參考價(jià)值。

2.2猛炸藥RDX、HMX研磨分級(jí)技術(shù)研究

超微硝胺炸藥RDX和HMX的粒徑處于5μm或更小時(shí)，具有爆速高、爆轟穩(wěn)定、能量釋放更加完全、迅速等優(yōu)勢[3]。在炸藥某些領(lǐng)域(如固體推進(jìn)劑、無殼彈藥、起爆傳爆藥等)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

鑒于RDX、HMX是感度較高的高能炸藥，具有很大的危險(xiǎn)性。國內(nèi)超細(xì)研磨多采用機(jī)械濕磨、超臨界流體重結(jié)晶法、微乳液法等濕法研磨工藝，這種方法后期干燥、分級(jí)等處理工序較復(fù)雜，且容易造成產(chǎn)品板結(jié)、重結(jié)晶，影響其性能的發(fā)揮。

氣流研磨分級(jí)技術(shù)是利用超音速氣流攜帶物料進(jìn)行碰撞、摩擦，瞬間使物料在低溫下研磨，和自身分級(jí)系統(tǒng)相配合，可將物料研磨至微米級(jí)。影響其在含能材料研磨分級(jí)方面應(yīng)用的不安全因素中，超音速氣流中炸藥粒子摩擦靜電是較突出的因素[5]。

本研究采用CP-20型氣流研磨分級(jí)機(jī)，在采取了必要的改進(jìn)及安全措施后，成功的將硝胺系炸藥RDX、HMX研磨至微米級(jí)。

2.2.1CP-20型氣流磨的改造

針對(duì)氣流研磨分級(jí)RDX、HMX的特殊要求，對(duì)CP-20型氣流磨進(jìn)行了防爆、防靜電等技術(shù)改造。主要措施包括：

(1)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)料、卸料的自動(dòng)化，在氣流磨特定部位加裝防爆裝置；

(2)利用DWJ-81型靜電電位計(jì)，對(duì)氣流磨上電荷易積累部位進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)靜電壓高于物料的靜電感度時(shí)，及時(shí)關(guān)閉氣源、電源，停止實(shí)驗(yàn)；

(3)在研磨分級(jí)過程中，加入某種防靜電劑，消除靜電積累；

(4)使用導(dǎo)電材料做磨腔、輸送管及部件間的連接件和密封件，并將系統(tǒng)仔細(xì)接地；

實(shí)驗(yàn)用CP-20型氣流磨如圖-6所示。

2.2.2RDX、HMX超細(xì)粉顯微分析

利用掃描電鏡對(duì)RDX、HMX超細(xì)粉進(jìn)行粒徑及形貌觀察，掃描電鏡照片如圖-7、圖-8所示。

從圖-5可以看出，RDX超細(xì)粉粒度分布較均勻，大部分顆粒的粒徑都在7~8mm，最小顆粒的粒徑為2~3mm，最大粒徑在10mm以上；由圖-6可看出，HMX超細(xì)粉粒度分布不均勻，平均粒徑約為7mm，最大顆粒粒徑在10mm以上，最小顆粒粒徑為1mm。

2.2.3RDX、HMX氣流研磨分級(jí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在RDX、HMX研磨分級(jí)過程中，靜電壓測試數(shù)據(jù)始終維持在50~75v，這表明所采取的一系列防靜電措施卓有成效，成功的將RDX研磨至平均粒徑約為5mm，將HMX研磨至平均粒徑約為7mm，且該工藝結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)影響炸藥研磨分級(jí)效果的工

藝參數(shù)，如進(jìn)氣壓力、分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)速、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，還有待于進(jìn)一步研究，爭取早日投入批量化生產(chǎn)。

2.3推進(jìn)劑TATB超細(xì)研磨分級(jí)研究

隨著戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)武器的飛速發(fā)展，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)對(duì)固體推進(jìn)劑的能量指標(biāo)、力學(xué)性能及燃燒性能提出了更高的要求。高能固體推進(jìn)劑配方組分中，亦含有大量固體顆粒材料。在配方組分確定后，推進(jìn)劑的燃速和壓強(qiáng)指數(shù)與固體組分粒度有著直接聯(lián)系。因此，固體組分粒度及粒度分布對(duì)燃速的影響一直是國內(nèi)外調(diào)節(jié)推進(jìn)劑燃燒性能的重要技術(shù)途徑[6]。

TATB是在推進(jìn)劑中應(yīng)用最廣泛的固體填充物之一，在以上研磨分級(jí)RDX、HMX的技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)圖-6所示CP-20氣流磨進(jìn)行了相應(yīng)的改造，對(duì)TATB進(jìn)行了研磨分級(jí)技術(shù)研究。

2.3.1TATB超細(xì)粉的顯微分析

對(duì)TATB超細(xì)粉進(jìn)行掃描電鏡分析，電鏡照片如圖-9所示。由電鏡照片可知，TATB超細(xì)粉處個(gè)別最大粒徑為2~3mm左右，大部分顆粒粒徑在1mm以下，平均粒徑為1~2mm，粒徑分布均勻，最小顆粒粒徑甚至達(dá)到200nm，大顆粒多呈不規(guī)則形狀，小顆粒多為片狀結(jié)構(gòu)。