Подготовка и исследование тепловых свойств композитов HMX/RDX

Более безопасная энергия от военных взрывчатых веществ

Современное оружие требует взрывчатых веществ, которые обладают огромной пробивной силой, но при этом достаточно стабильны для безопасного хранения и перевозки. В этом исследовании рассматривается новый способ сочетания двух хорошо известных военных ВВ — HMX и RDX — в одном материале, который стремится обеспечить высокую разрушающую энергию при снижении риска случайного взрыва. Изменяя то, как эти два вещества располагаются на микроскопическом уровне, авторы работы показывают, что можно регулировать как мощность, так и безопасность заряда.

Зачем смешивать два известных взрывчатых вещества?

HMX и RDX широко применяются в боеголовках и ракетных топлива из‑за выделения большого количества энергии за короткое время. HMX мощнее и термически стабильнее, но его производство дороже. RDX менее энергетичен, но дешевле и уже применяется в больших объёмах. Их сочетание даёт шанс сбалансировать стоимость, мощность и безопасность — при условии контроля над однородностью смеси. Традиционные методы просто измельчают и перемешивают кристаллы, что приводит к слабому контакту между частицами, неравномерному горению и менее предсказуемому поведению при нагреве или ударе.

Создание кристалла с «ядром‑оболочкой»

Команда разработала более мягкий, жидкофазный метод для сборки двух ВВ в единую упорядоченную частицу. HMX и RDX сначала растворяли в растворителе, а затем медленно вводили в воду, что вызывало их кристаллизацию. Тщательно контролируя порядок и скорость смешивания, они получили частицы примерно одной десятой миллиметра в диаметре с HMX в виде внутреннего ядра и тонкой оболочкой из RDX. Микроскопия показала однородность по размеру, а химические анализы подтвердили достижение заданного массового соотношения 40:60 HMX к RDX с очень малой погрешностью и без обнаруживаемых примесей.

Проверка внутренней структуры

Чтобы увидеть, что происходит внутри кристаллов, исследователи использовали методики, фиксирующие колебания молекул и рассеяние рентгеновских лучей на кристаллической решётке. Эти измерения показали, что HMX принял особенно устойчивую кристаллическую форму, известную как бета‑фаза, и что оба ВВ сохранили свои базовые химические идентичности. В то же время небольшие сдвиги в сигналах указывали на то, что молекулы HMX и RDX взаимодействуют друг с другом через границу «ядро‑оболочка». Проще говоря, два компонента не просто соседствуют — они «общаются» тонкими силами, слегка меняющими плотность связи их атомов.

Поведение композита при нагреве

Ключевой вопрос для любого взрывчатого вещества — как оно ведёт себя при повышении температуры. С помощью чувствительных весов и термодатчиков команда отслеживала разложение чистого HMX, чистого RDX, простой физической смеси и нового композита «ядро‑оболочка» при нагреве. Во всех случаях наблюдались два основных этапа выделения тепла: сначала разлагается RDX, затем следует HMX. В композите однако слой RDX разлагался при несколько более высокой температуре, тогда как HMX начинал разлагаться при более низкой, чем обычно. Это «тянуще‑толкающее» взаимодействие указывает на синергетический эффект: горящая оболочка из RDX способствует более лёгкому запуску ядра HMX, в то время как структурированное сочетание делает RDX немного менее склонным к перегреву вначале.

Баланс между быстрым выделением энергии и безопасностью

Анализируя скорость первого этапа разложения, авторы обнаружили, что композит требует меньшей энергии для инициирования реакции, чем чистый RDX или простая смесь. Это означает, что при целевом поджигании он способен выделять энергию быстрее. Одновременно температуры, при которых материал мог бы развиться в тепловой взрыв или начать самопроизвольно разлагаться, были выше для композита, чем для физической смеси. На практике конструкция «ядро‑оболочка» создаёт материал, который легче инициировать по желанию, но который более устойчив к непреднамеренному нагреву при хранении и транспортировке.

Что это означает для будущих боеприпасов

Для неспециалиста главный вывод — то, как молекулы взрывчатки организованы внутри каждой гранулы, так же важно, как и сами молекулы. Работа демонстрирует, что с помощью контролируемой кристаллизации, позволяющей обернуть мощное ядро продуманной оболочкой, инженеры могут тонко настраивать и мощность, и запасы безопасности боевых зарядов. Разработанный здесь композит HMX/RDX предлагает перспективный путь к более эффективному на цели и в то же время менее уязвимому к случайному возгоранию оружию, а те же идеи конструкции могут направлять разработку будущих высокоэнергетических материалов далеко за пределы этой конкретной пары ВВ.

Цитирование: Tao, Yt., Jin, S., Li, L. et al. Preparation and thermal properties study of HMX/RDX composites. Sci Rep 16, 6225 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37049-1

Ключевые слова: композит HMX RDX, высокоэнергетические взрывчатые вещества, тепловая стабильность, частицы с «ядро‑оболочка», нечувствительные боеприпасы