1.4 火工药剂的基础性能

1.4.1 起爆药的起爆能力

起爆药需要具有燃烧迅速转爆轰的性能，但能否实际用作起爆药，还取决于它的起爆能力。所谓的起爆能力，就是指起爆药在爆炸后，能够引燃其他猛炸药实现稳定爆轰的能力。起爆药的起爆能力越强，药剂达到稳定爆轰所需爆速成长期越短。起爆过程中消耗药量的多少是衡量一种药剂起爆性能的重要指标。

极限起爆药量指能起爆猛炸药的最小起爆药量。通常以能引爆20～30mg的结晶黑索金（RDX）且达到稳定爆轰时所需的最小起爆药量，为该药剂的极限起爆药量。具体的试验方法为：①将被测起爆药、三硝基间苯二酚铅、黑索金分别放入水浴烘箱中，在（60±2）℃的温度下烘2h，取出，放入干燥器中冷却至室温，备用。②用分析天平称取经①处理的黑索金0.030g，准确至0.0002g，置于铜管壳（直径为5.1mm，高为8.2mm）中，以117.6MPa的压力压药。③分别称取经①处理的三硝基间苯二酚铅（对于直接能被电点火头点燃的被测药剂，可以不用三硝基间苯二酚铅作点火药）0.030g、被测起爆药和黑索金0.020g，准确至0.0002g，依次置于带有绸垫的铝加强帽内，以49.0MPa的压力压药，并做好记录。④称取黑索金0.020g，准确至0.0002g，并依次将黑索金和经③压好药的铝加强帽装入②铜管壳内，并以49.0MPa的压力压制成试样数发，并编号，记录每一编号的被测起爆药质量，备用。极限起爆药试验装置如图1.3所示。

经点火起爆后，测量试样在铅板上的炸孔。炸孔直径不小于试样外径时为全爆，小于试样外径时半爆。若连续试验数发试样均全爆，则需要适当减少被测起爆药的药量再进行试验；若试样有半爆，应适当增加被测药剂的药量，直至找到数发试样连续试验均为全爆时为止，此时所需要的起爆药药量即为极限起爆药药量。图1.4为极限药量测试过程试验图。

起爆能力大的起爆药，适合装填于小型雷管中。如叠氮化铅的爆炸变化加速度大，其起爆能力也大，使用时极限起爆药量小，被广泛用于各种火工品中。影响起爆能力的因素包括内因和外因两个方面，其中内因是由物质本身的性质所决定的，如起爆药内部的分子构成、化学键的性质、晶体结构与结晶形状等，外因是装药密度、壳体材料、起爆条件和环境温度等因素。

除上述的极限起爆药量外，表征起爆药起爆能力的试验方法还有很多种，如凹痕试验、铅铸试验等。其中凹痕试验已列入标准方法。

1.4.2 火工药剂的燃烧转爆轰

燃烧转爆轰（DDT）是一个复杂的物理、化学过程。早在20世纪40年代，苏联科学家Andreev首先开始了对此问题的研究。在理论方法上，有以Forest Comperthwaite为代表的“考虑气、固相阻力的单相模型”和以Krier Bcar为代表的“两相流模型”。在试验方法上，主要分为测压、测速两个方面，测压技术有应变片法、管内刻痕显示法、验证板法、轴向机械探针法，测速技术有高速摄影法、脉冲X射线法、光纤记录法、分辐离子探针法和轴向电阻丝法。

燃烧与爆轰是两类不同的化学反应方式，它们的区别主要表现在如下几个方面：①激发反应的方式。燃烧通过热传导、热辐射方式引起化学反应，爆轰通过冲击波、冲击压缩引起化学反应。②火焰面传播速度。燃烧速度为每秒数毫米至每秒数百米，而爆轰速度为每秒数千米。③质点运动方向。燃烧产物质点运动方向与燃烧界面消失方向相反，爆轰产物质点运动方向与反应界面消失方向相同。④波压。燃烧时反应压力较低，而爆轰时反应压力常高达数十万个大气压。所谓燃烧转爆轰，就是研究这两种化学反应的转变过程，以及各种外界条件、装药条件对实现这一过程的影响。

起爆药的爆炸变化过程，是既相互联系又相互区别的两种不同过程——燃烧与爆炸。爆炸变化在起爆药中扩展的过程，在一定条件下可以由燃烧转变为稳定的爆轰。因此，起爆药在受某种初始冲能引爆时的变化过程，可以用爆炸变化速度来表明。爆炸变化速度的快慢，可以用单位质量起爆药爆炸所需的时间表示，或以爆炸变化过程在单位时间内沿药柱传播所经的长度来表示。起爆药通过爆炸变化速度（加速度）的不断增长，在一定的条件下可以达到爆速最大值，实现稳定的爆轰。图1.5为常见起爆药的燃烧过程。从图中可以看出，起爆药具有非常明显的快速转爆轰的性能。

在一定条件下，起爆药受初始冲能引爆，由开始燃烧转变为稳定爆轰，其所需要的时间或药柱长度，较之猛炸药由开始燃烧转变为爆轰所需的时间或药柱长度要短得多。也就是说，起爆药的爆炸变化速度的增长比猛炸药的爆炸变化速度增长要快得多。这是起爆药与猛炸药之间的主要区别之一。

由燃烧转爆轰（DDT）的能力是鉴别和评定能否作为起爆药的爆炸性能的示性参数。但从物理、化学观点分析，起爆药与猛炸药在爆燃转爆轰表现出的差别，只是程度上的不同，而不是本质上的差异。所谓程度上的不同，就是指在正常使用条件下，起爆药的爆燃转爆轰是由点火引起的，起爆药一经点火，即迅速由爆燃转变为爆轰，而猛炸药的爆燃转爆轰是由冲击波引起的。点火时，起爆药的作用是爆轰，借以引爆猛炸药。

影响燃烧转爆轰的因素也很多，如药剂本身的性质、物理状态、装药条件、外界起爆能力的强弱、药柱直径的大小及壳体的坚固程度等。