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前言
?Preface
?复合含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物，能够独立进行化学反应并输出能量的化合物、混合物或复合物，按其性质和用途分为固体推进剂、炸药、发射药、铝热剂、烟火剂等。复合含能材料通常采用不同的工艺方法制造，存在过程冗繁、制品形状简单、柔性化和适应性差的问题，越来越不能满足新型弹药武器系统对复合含能材料提出的产品结构复杂、制备效率高、微型化、能量释放可控等要求。
?增材制造又称快速成形、快速制造、增量制造等，对比传统的制造技术，是近几年国际上新兴的一项先进制造技术。与 ;切削等减材制造 不同，该技术通常将液体、粉末或离散材料逐层堆积成三维实体，因此称 ;3D 打印。该技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用材料，以挤出、熔融、光固化、喷射或烧结等方式逐层堆积，最终制造出实体物品。增材制造技术摆脱了传统制造方式的局限，可以实现复杂结构构件的增材制造。该技术虽然发展时间较短，但其在复杂结构快速制造、个性化定制等方面显示出巨大优势，也受到国内外研究者越来越广泛的关注。
?将增材制造技术与复合含能材料成形技术结合，可以达到传统复合含能材料成形工艺无法实现的功能与效果。由于军事保密及复合含能材料行业的特殊性，国内外公开发表且能查阅到的，将增材制造技术应用于复合含能材料制造领域的信息与其他领域相比较少。对比国内外增材制造技术在复合含能材料工艺成形方面应用的研究现状与进展，以美国为代表的军事技术先进国家已经能够采用增材制造技术制备多种微小化火工元件、复杂形状发射药与固体推进剂、多点起爆炸药药柱。因此，发展复合含能材料的增材制造技术，采用数值模拟、工艺试验和增材制造相结合的方式，对复合含能材料的快速制造工艺进行系统研究具有重要的理论意义和工程应用价值。近年来，我国也正在积极开展复合含能材料增材制造技术的研究，包括复合含能材料的物化性能参数、快速粘结及固化成形技术、增材制造工艺过程安全控制与评价及性能测试等方面的研究。截至目前，国内外尚无一本系统介绍复合含能材料增材制造技术的论著，相信通过本书的出版，能够为国内复合含能材料研究领域的增材制造成形工艺、高新武器弹药高效毁伤技术研究提供新工艺和新方法参考。
?本书以增材制造技术为主线，兼顾介绍其发展历史、工艺及设备，重点围绕铝热剂、发射药、固体推进剂等复合含能材料的增材制造技术进行全面、系统的介绍。
?本书的顺利完成离不开各方的支持和悉心帮助。在此，作者特别感谢国家出版基金的资助，本书的出版还要特别感谢国防工业出版社编辑的帮助和辛苦付出。另外，特别感谢西安近代化学研究所和西南科技大学的各位同事。
?科学技术发展日新月异，作者学识所限，书中难免存在不足之处，请读者不吝赐教。
?作 者
?2025 年 5 月
本书以复合含能材料的增材制造技术为主线，兼顾增材制造技术的发展历史、复合含能材料增材制造工艺及设备研究现状，重点围绕铝热剂、发射药、固体推进剂等复合含能材料的增材制造技术进行了全面、系统的介绍，总结了作者及国内外课题组在复合含能材料增材制造领域的最新研究成果。这些成果涉及光聚合固化增材制造发射药、光固化挤出成形及在多孔发射药中的应用、铝热剂和复合固体推进剂的增材制造等，介绍了直写式和 UV 固化的增材制造固体推进剂及性能，总结了复合含能材料增材制造技术面临的问题并展望了发展趋势。
?本书可为从事含能材料和火炸药研发的专业技术人员提供借鉴，也可作为高等院校相关专业教师和研究生的参考书。
目录
?第 1 章 绪论
?1.1 复合含能材料增材制造的分类
?1.1.1 根据原材料组成成分分类
?1.1.2 根据原材料粒径分类
?1.1.3 根据材料固化方式分类
?1.1.4 根据打印的动力方式分类
?1.2 增材制造技术的发展历史及其在复合含能材料中的研究现状
?1.2.1 增材制造技术的发展历史
?1.2.2 增材制造技术在复合含能材料中的研究现状
?1.3 挤出式墨水直写技术及在含能材料领域的研究现状
?1.3.1 挤出式墨水直写技术
?1.3.2 挤出式墨水直写技术在亚稳态分子间复合物中的研究现状
?1.3.3 挤出式墨水直写技术在复合含能材料装药中的研究现状
?1.3.4 挤出式墨水直写技术在火工药剂中的研究现状
?1.4 增材制造技术在复合含能材料成形工艺中的应用现状
?1.4.1 材料喷射成形技术
?1.4.2 材料挤出成形技术
?1.4.3 光聚合固化技术
?1.4.4 其他增材制造技术
?1.5 复合含能材料增材制造设备现状
?1.5.1 材料挤出增材制造设备
?1.5.2 熔融沉积增材制造设备
?1.5.3 激光烧结增材制造设备
?1.5.4 其他增材制造设备
?1.6 增材制造技术在弹药战斗部领域的研究现状
?1.6.1 弹药战斗部增材制造技术原理
?1.6.2 炸药装药增材制造研究现状
?1.6.3 典型战斗部增材制造研究现状
?参考文献
?第 2 章 光聚合固化
?2.1 紫外光固化原理
?2.2 光固化材料的选择
?2.2.1 预聚物的选择
?2.2.2 稀释剂的选择
?2.2.3 光引发剂的选择
?2.2.4 含能固体添加剂的选择
?2.3 含能光固化树脂
?2.3.1 APNIMMO 预聚物的结构
?2.3.2 APNIMMO 树脂的可打印性
?2.4 光固化材料的固化过程
?2.4.1 介电法测试固化度
?2.4.2 红外光谱法测定光敏树脂固化反应中双键反应的动力学
?2.4.3 光敏树脂中不同双键固化率对树脂性能的影响
?2.5 光聚合固化打印超多孔圆片 MPD 发射药
?2.5.1 超多孔圆片 MPD 发射药的参数
?2.5.2 增材制造超多孔圆片 MPD 发射药的表面和内部结构
?2.5.3 增材制造超多孔圆片 MPD 发射药的力学强度
?2.5.4 燃烧速率参数推导
?2.5.5 超多孔圆片 MPD 的燃烧性能
?2.5.6 膛内燃烧性能
?参考文献
?第 3 章 光固化材料挤出成形技术
?3.1 材料挤出成形技术
?3.1.1 材料挤出技术原理
?3.1.2 材料挤出技术过程
?3.2 材料挤出技术优化
?3.2.1 挤出成形喷头的优化
?3.2.2 浆料的流变性与流变模型
?3.2.3 打印浆料的压缩性
?3.2.4 挤出过程的关键参数研究
?3.2.5 挤出流量的预测模型
?3.3 光固化材料挤出成形技术的应用
?3.3.1 增材制造多孔发射药样品
?3.3.2 多孔发射药堆积密度计算
?3.3.3 多孔发射药的燃烧
?参考文献
?第 4 章 铝热剂的增材制造技术
?4.1 增材制造铝热剂
?4.1.1 增材制造铝热剂的墨水配方设计
?4.1.2 增材制造铝热剂结构与性能关系
?4.2 增材制造铝热剂墨水性能研究
?4.2.1 增材制造铝热剂墨水组成
?4.2.2 增材制造铝热剂墨水特性
?4.2.3 增材制造铝热剂墨水固化时间
?4.3 增材制造铝热剂性能
?4.3.1 热分解性能
?4.3.2 燃烧性能
?4.3.3 力学性能
?参考文献
?第 5 章 增材制造发射药结构设计
?5.1 复杂结构发射药的设计
?5.1.1 内弹道的基本关系
?5.1.2 算法在现实火炮系统中的应用
?5.1.3 平台燃烧发射药设计
?5.2 异型发射药的设计与性能
?5.2.1 建立基于几何切割的模型
?5.2.2 圆形柱状或扇形柱状长条的计算
?5.2.3 三角形柱状长条的计算
?5.2.4 长方形柱状长条的计算
?5.2.5 药型对于燃面渐增性的影响
?5.2.6 异型发射药组合装药
?5.3 超多孔发射药设计方法与性能
?5.3.1 超多孔发射药燃面和体积计算方法
?5.3.2 密闭爆发器内压强 _ 时间曲线的计算
?5.3.3 超多孔发射药燃烧性能预估与影响因素分析
?5.3.4 超多孔发射药配方的影响
?参考文献
?第 6 章 复合固体推进剂增材制造
?6.1 热固性复合固体推进剂增材制造
?6.2 直写式增材制造复合固体推进剂
?6.2.1 实验部分
?6.2.2 适用光聚合固化技术的推进剂配方性能
?6.2.3 适用光聚合固化技术的推进剂打印工艺
?6.2.4 推进剂药柱及性能评价
?6.3 UV 固化增材制造复合固体推进剂
?6.3.1 UV 固化原理
?6.3.2 UV 固化增材制造复合固体推进剂性能
?6.4 HTPB 复合固体推进剂典型增材制造研究
?6.4.1 浆料制备与打印过程
?6.4.2 固体推进剂增材制造工艺性能研究
?6.4.3 固体推进剂增材制造工艺流变特性分析
?6.4.4 固体推进剂增材制造力学性能研究
?6.4.5 固体推进剂增材制造燃烧性能研究
?参考文献
?第 7 章 复合含能材料的增材制造前景与展望
?7.1 复合含能材料的先进增材制造技术
?7.1.1 先进复合含能材料装药技术
?7.1.2 复合含能材料一体化制造
?7.1.3 复合含能材料微型特种装备制造
?7.1.4 挤出式墨水直写技术
?7.2 复合含能材料增材制造技术面临的问题及发展趋势
?7.2.1 面临的发展问题
?7.2.2 发展趋势
?7.3 增材制造技术制备高性能复合含能材料的新途径
?7.4 战斗部增材制造面临的问题及展望
?参考文献
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