新型高能化合物CL-20的應用研究

趙泓哲(鄭州市第四十七中學， 河南 鄭州 450000)

新型高能化合物CL-20的應用研究

趙泓哲(鄭州市第四十七中學， 河南 鄭州 450000)

CL-20是一種具有高能量特性的新型化合物，它表現為籠狀結構，分子式為C6H6N12O12，其分子上存在6個硝基。常溫常壓下，在它的四種晶型α-、β-、γ-及ε-晶型中，ε-晶型為白色晶體，密度最大，最有實用價值。目前，CL-20應用于武器方面還在探索過程中，但對其各方面性能測試已初現端倪。本文簡述了近年來CL-20在國內的應用研究與發展，例如CL-20應用于混合炸藥、發射藥、高性能固體推進劑中的部分成果。目前CL-20的發展正向著軍用規模化生產的方向進行，有些已達到武器使用水平。

CL-20 ；混合炸藥；發射藥；固體推進劑

0 引言

從20世紀90年代開始，高能量密度化合物(HEDC)逐漸被各國所關注，六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)就是其中一種有很大應用前景的高能量化合物，它已經實現了批量合成，被廣泛應用于各種武器裝備中。從1987年美國海軍武器中心的A.T.Nielsen等首次合成CL-20以來，其合成方法得到了不斷研究和改進。近期CL-20的應用受到高度關注，全球研究高能化合物的專家對CL-20的前景均十分看好，較之于奧克托今(HMX)，其在密度、爆熱、爆速等方面都有所提高，可應用于許多領域，尤其是用于混合炸藥、發射藥、固體推進劑的能量提升，以及降低特征信號方面上。

1 CL-20應用于混合炸藥

ε晶型的CL-20的密度可達 2.04-2.05g·cm-3，無論是它的密度或是能量，都是目前所研究的單質炸藥中非常出色的，是一種軍用高爆猛炸藥，而且CL-20相較于HMX具有更高的能量，是目前非常有應用前景的一種有望代替HMX的高能量密度化合物。

2 CL-20應用于發射藥

CL-20因為具有很高的能量和有利的氧平衡，被廣泛應用于高能低敏感發射藥。例如可以在發射藥配方中添加 CL-20，使其代替部分常規氧化劑的含量，這樣一來可以使發射藥的能量性能提高10%～15%。

美國對于發射藥方面的研究相當重視。例如美國TACOM-ARDEC 研究中心和聚硫橡膠公司合作開發了一種高能量發射藥，這是以CL-20為主要成分，同時以含能熱塑性彈性體BAMO與AMMO的共聚物為黏合劑而制備的一種新型發射藥。相比較于傳統的發射藥是以RDX或者HMX為主，同時采用硝化纖維為基體，很明顯，這種新型發射藥則可以提供更高的能量，以此滿足新一代的火炮需要。

3 CL-20應用于固體推進劑

火箭運行過程中需要高能物質來提供巨大動能以支持升空，而CL-20恰恰可以滿足這一點。此外，在固體推進劑中，加入CL-20后，可減少HMX、高氯酸銨(AP)、Al的含量，從而降低特征信號，實現戰略導彈或火箭的隱身技術。因此CL-20在提高固體推進劑能量水平的同時，還可以廣泛應用于固體推進劑的低特征信號方面的研究。

CL-20對于改性雙基推進劑性能的提升也能起到很大作用。它對能量的提升較高，但具有感度較高的特性，為解決這一問題，歐陽剛使用機械碾磨法制取了亞微米CL-20，明顯降低了其感度，并且將制備得到的CL-20應用于改性雙基推進劑中，并且進行了燃燒性能的測試。得到結論：CL-20的用量對于CT-20/HTPB復合推進劑的燃速具有一定影響，燃速會隨著CL-20的量的增加而提高。

王申等探究了在NEPE固體推進劑中以CL-20代替奧克托今(HMX)對提高固體推進劑能量特性和降低特征信號的影響。他們發現對于鋁含量≤8%的少鋁體系，用CL-20代替HMX，固體推進劑的理論比沖可以提高近 48 N·s·kg-1，漲幅為 2%；密度比沖提高了 30 kg·m-2·s-1，漲幅為 6 %；特征速度提高了19 m·s-1，提高了1 %。因此可以通過使用CL-20部分代替基礎配方中的HMX將其應用于固體推進劑中，這對于提高推進劑的能量水平很有大的幫助。還可以將CL-20應用于空對空導彈中以提高其速度和射程。除此之外，他們還在Al 粉含量為 6%的基礎上，進一步研究了CL-20部分替代配方中的AP，由此發現推進劑的理論比沖和特征速度都有所提高，這一重要意義在于CL-20在固體推進劑中的應用將對百公里級的空對空導彈的性能提高有很大的幫助，尤其是提高射程和速度方面。同時添加了CL-20的固體推進劑的燃氣產物中 HCl的含量也大大降低，這意味著白色煙霧產生的可能性也隨之減小；而且燃氣中H2O和CO2的總含量相較于HMX少鋁體系也相應減少，這有利于減弱燃氣對紅外輻射的衰減。所以將CL-20應用于固體推進劑中可以緩解提高能量及其它綜合性能與降低特征信號之間的矛盾。

4 CL-20的發展空間

CL-20在制備與應用過程中，不可避免要考慮到其對生態環境的影響、人工使用的安全性和市場價格等實際性問題。不過，CL-20正是具備合理解決這些問題的能力，才有如此大的發展空間。CL-20在提供能量方面上已經超過了目前使用最廣的HMX，燃速近其2倍，總輸出方面比其高出8%-10%。它與HMX的制備過程大體相似，并不會帶來巨大的污染問題。當其代替AP作為推進劑成分時，還會減少氯化氫的排放。除此之外它還有相當好的相容性與加工性，這些特性為CL-20應用于軍事帶來了很大優勢。CL-20已經達到了軍事產業化的各種條件，在各種同類化合物中其性能都是無與倫比的，且最接近用于生產實踐的。CL-20具有廣闊的應用前景和研究價值，對于它的后續研究將集中在降低機械感度以及生產成本等方面。

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