微结构可控CL-20基高能不敏感微球的制备及其高效抑制点火机制研究

为解决CL-20炸药机械敏感性高、传统包覆技术均匀性差等问题，研究人员采用通道组装技术（CAT）成功制备了CL-20/Estane复合微球，实现了晶体结构稳定、单分散性优异（CV < 10%）的球形包覆。该微球表现出显著提升的疏水性、安全性能（撞击感度81.62° vs 原始CL-20的68.59°）和爆轰性能（堆积密度0.5 vs 0.0375 g/cm3），并通过可视化落锤实验证实其有效抑制热点传播。该研究为高能不敏感含能材料设计提供了新思路。

　　

作为第三代高能密度材料的代表，六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）因其卓越的爆轰性能（爆速9400 m/s，爆压42 GPa）在军工和民用爆破领域备受关注。然而，其高机械敏感性不仅带来存储运输风险，更限制了实际应用范围。传统包覆技术如水性悬浮法、喷雾干燥等虽能部分改善敏感性，却面临包覆不均、工艺可控性差等瓶颈。更关键的是，含能材料介观结构的非线性特征使得冲击能量局域化机制难以捕捉，亟需开发兼具高能量与低敏感性的新型复合材料。

北京理工大学的研究团队在《Powder Technology》发表的研究中，创新性地采用通道组装技术（CAT），以Estane橡胶为包覆材料，成功制备出微结构可控的CL-20基复合微球。研究通过调节聚合物含量（5% Estane）和连续相流速，结合扫描电镜（SEM）、微CT、X射线衍射（XRD）等多维表征手段，系统评估了微球的形貌、晶体结构及性能。可视化落锤实验和爆轰性能测试则揭示了材料在冲击响应中的独特行为。

形貌与结构调控
SEM分析显示，CAT技术制备的微球呈现单分散球形结构（CV < 10%），显著优于传统水悬浮法制备的不规则颗粒。微CT三维重构证实微球内部形成致密"核-壳"结构，Estane均匀包覆CL-20晶体，且整个过程中CL-20的ε晶型保持稳定。

性能突破
热分析（TG-DSC）表明微球分解峰温较原料CL-20提升12.3℃，机械性能测试显示其抗压强度达81.2 N（对比物理混合物的67.8 N）。最引人注目的是安全性能：撞击感度测试中，微球的特性落高（H₅₀）达23.5 cm，远超原始CL-20的12.6 cm；摩擦感度降低至38.56 MPa，证实Estane包覆层有效吸收机械能。

点火抑制机制
通过高速摄影记录落锤实验发现，CL-20/Estane微球在冲击载荷下仅产生局部塑性变形，而原始CL-20则出现剧烈燃烧。研究首次揭示Estane包覆层通过两种机制抑制点火：一是阻碍剪切带内热点形成，二是加速已产生热点的淬灭。

这项研究不仅证实CAT技术在含能材料精密加工中的独特优势，更建立了"介观结构调控-性能优化"的明确关联。所制备的微球在保持CL-20高能量特性（爆速达9400 m/s）的同时，将机械敏感性降至安全阈值以下，为高能不敏感炸药设计提供了可量化的技术路径。该成果对推进含能材料工程化应用具有双重意义：工艺上开发出可避免微通道堵塞的工业级CL-20加工方法；理论上阐明了聚合物包覆层对热点演变的抑制规律，为后续材料设计提供了重要参考。