近日，程扬帆课题组博士生朱守军在新型核壳结构储氢材料赋能温压毁伤技术方面取得重要进展。研究成功以“Thermobaric energy release characteristics of an RDX column explosive surrounded by core-shell-structured TiH₂@AP composite powders”为题发表在在国际知名期刊《International Journal of Hydrogen Energy》。
温压炸药兼具高温、高压和持续毁伤等特点，在复杂封闭空间目标毁伤中具有重要应用价值。然而，传统温压炸药中常用的铝粉、硼粉等金属燃料存在点火延迟长、燃烧速率慢、能量释放不充分等问题，限制了其毁伤效能的进一步提升。针对这一难题，提出了一种核壳结构TiH₂@AP复合材料设计方案，通过重结晶方法在钛氢化物（TiH₂）颗粒表面均匀包覆高氯酸铵（AP），构建氧化剂—燃料紧密耦合的微观结构，并设计形成以RDX柱状装药为中心、TiH₂@AP复合材料为外层的主动壳层温压炸药体系。
图1 密闭球形爆炸测试装置
研究团队自主搭建了密闭爆炸测试平台，系统开展了冲击波超压、火球温度场以及准静压等多维度性能测试。研究发现，AP的引入能够显著促进TiH₂颗粒的后燃反应，提高燃料利用效率。当AP质量分数为10%时，温压炸药性能达到最佳状态：峰值冲击波超压提高12.1%，正冲量提高10.2%，火球最高平均温度达到2849 K，较未添加AP样品提高7.1%，火球持续时间延长103.7%。此外，采用核壳结构制备的TiH₂@AP复合材料相比简单机械混合体系表现出更优异的能量释放能力，验证了核壳结构在强化氧化剂与燃料界面传热传质、提升燃烧反应速率方面的重要作用。
图2 不同氯酸铵含量热压爆轰物的压力曲线及温度曲线
针对高原、低压等特殊环境条件，研究团队进一步研究了不同真空度条件下温压炸药的能量释放规律。结果表明，随着环境压强降低，冲击波超压、火球温度以及准静压均明显下降。当真空度达到46.7%时，峰值超压下降31.4%，火球持续时间下降68.3%。研究揭示了低氧环境对TiH₂后燃反应的抑制机制，为温压炸药在高海拔复杂环境下的适应性设计提供了重要理论依据。
图3 不含AP和含10%AP粉末的温压炸药瞬态爆炸火球温度场
该研究创新性地将储氢金属TiH₂与高氯酸铵构筑核壳复合结构，实现了燃料与氧化剂的高效协同作用，显著提升了温压炸药的能量释放效率和环境适应能力。研究成果不仅丰富了温压炸药能量释放机理研究，也为新型高性能温压毁伤材料的设计与开发提供了重要理论支撑和实验依据。
本研究得到了国家自然科学基金、安徽省高校优秀青年科研项目以及安徽理工大学研究生创新基金等项目资助。
