高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

孙海涛 詹梅 樊晓光 郭靖 韩超 张君

摘要：压装型高聚物黏结炸药（PBX）因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化，促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能调控、压制安全性、自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题。首先探讨了PBX在成型质量与性能调控方面的研究进展，包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性、损伤演化机制与界面性能调控、残余应力检测与调控；进而分析讨论了PBX的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状；最后基于对研究现状的分析，展望了PBX压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战。

关键词：高聚物黏结炸药；压制成型；成型质量；安全性；数字化

中图分类号：TJ55

DOI：10.3969/j.issn.1004132X.2024.01.016

Research Progresses and Prospects of Compression Molding of

High-performance PBX

SUN Haitao1 ZHAN Mei1 FAN Xiaoguang1 GUO Jing2 HAN Chao2 ZHANG Jun3

1.School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xian，710072

2.Institute of Chemical Materials，China Academy of Engineering Physics，Mianyang，Sichuan，621900

3.China National Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.，State Key Laboratory of Metal

Extrusion and Forging Equipment Technology，Xian，710032

Abstract： Pressed PBX was widely used in modern high-efficiency damage weapon warheads due to their excellent detonation and mechanics properties. The continuous changes in the future combat environment and strategic requirements were driving the development of pressed PBX towards high quality， high safety， and efficient molding and manufacturing. Thus， the current research status and problems facing the pressed PBX in molding quality and performance control， compression molding safety， and automatic manufacture were summarized herein. Firstly， the research progresses in the control of forming quality and performance of PBX was explored， including the evolution law and density inhomogeneity of explosive particle densification， damage evolution mechanism and interface performance control， residual stress detection and control. Furthermore， the compression molding safety of PBX and the current research status in digital and automatic manufacture were analyzed and discussed. Finally， based on the analysis of the current research progresses， the future development trends and challenges in the field of PBX compression molding were prospected.

Key words： polymer bonded explosives（PBX）; compression molding; molding quality; safety; digitization

0 引言

高聚物黏結炸药（polymer bonded explosives，PBX）是由奥克托金（HMX）、黑索金（RDX）或者CL-20（C6H6NO）等高能炸药为主体，以高聚物为黏结剂，再与其他添加剂混合配制而成的一种高分子基复合材料。作为近代军用混合炸药的典型代表，PBX炸药具有能量密度高、安定性能良好且易于加工成型的特点，被广泛应用于常规武器、核武器等各种战斗部装药以及火箭推进剂等领域［1-2］。

压制成型作为一种古老且重要的装药方法，可有效提高PBX炸药的装药密度和爆轰威力，在PBX炸药的成型制造领域具有不可替代的地位。近年来，国际战争局势的日益紧张、战场环境的复杂恶劣以及新型武器弹药的迅速发展，对压装型PBX炸药的成型质量及性能、压制安全性以及数字化自动化水平提出了更高的要求。然而，PBX炸药压制成型作为典型的“黑箱”过程，面临着实验观测难度大、致密化过程中颗粒演变行为和密度演化规律复杂、多物理场多刺激源下材料敏感性强易产生初始损伤和残余应力、界面强度低、压制安全性有待提高、生产效率低等众多科学与技术难题，严重制约了高性能PBX炸药未来的发展。

鉴于上述分析，本文首先介绍了PBX炸药压制成型工艺原理及分类；之后对PBX炸药压制成型过程中的成型质量与性能调控、压制安全性以及数字化和自动化方面的研究现状进行了归纳、总结和分析；最后，对PBX炸药压制成型领域未来发展的趋势和面临的挑战进行了展望。

1 PBX炸药压制成型原理及分类

1.1 模压成型过程及分类

模压成型即钢模压制成型，其压制过程（图1）通常是将预制好的造型粉（0.2～2 mm左右）倒入不锈钢模具中，在压机上通过冲头加压的方式将散粒体炸药压制成具有一定形状、尺寸和强度的高致密化药柱，之后经过保压、卸载、退模等流程获得所需成型药柱［1］。作为目前应用最广泛的压装成型工艺，模压成型具有工艺简便、对设备要求低、生产效率高等优点。

随着模压成型工艺的不断发展，模压成型目前主要可分为单向模压、双向模压、冷压压制和热压压制几大类。相较于单向压制，双向压制采取上下冲头对药柱两端同时加压的方式，可缩短相对压制距离，提高药柱内部密度均匀性。相较于室温下的冷压压制，热压压制在装药前需要提前对模具和原材料进行预热处理，使压药时的环境温度处于高聚物黏结剂软化点以上，以保证成型过程中高聚物黏结剂充分软化，提高药柱的塑性和可压性。

1.2 等静压成型原理及特点

等静压成型的原理是根据流体力学中的帕斯卡定律，将待成型部件连同外部橡胶包套放入高压容器内，在一定温度和压力下，通过流体介质向橡胶软模和压坯施加各向均匀的压力，从而获得高致密化构件（图2［3］）。

相较于模压成型，等静压成型具有受力环境均匀、柔性化水平高的工艺优势，并可大幅提高炸药件的密度均匀性和力学性能［4］，在大长径比、形状复杂炸药件的生产制造中具有一定的优势。但由于等静压成型工艺复杂、设备昂贵、生产效率低，在常规武器弹药的应用推广中受到一定的限制。

2 PBX炸药压制成型质量与性能调控

2.1 PBX炸药致密化演变规律与密度均匀性

PBX炸药的压制成型过程是松散炸药颗粒在热力载荷下发生剧烈结构演变而致密化的过程，实现成型过程的精确可控是制造高质量高可靠PBX炸药未来发展的迫切需求，然而该过程却面临着成型观测难度大、致密化成型过程中颗粒演变行为多样、密度演化规律复杂、均匀性差等难题，这严重阻碍了PBX炸药先进成型制造技术的发展。近年来，随着无损检测技术的快速发展以及数值模拟计算水平的不断提高，众多学者对致密化成型过程中颗粒演变行为、密度演化规律及其均匀性问题开展了相关研究。

2.1.1 PBX炸药颗粒致密化行为及演变规律

PBX炸药颗粒致密化演变是一个涉及宏观尺度造型颗粒变形以及细观尺度多相介质间复杂结构演化的多尺度力学行为。阐明压制过程中宏观造型颗粒的形态演变规律以及细观尺度下晶体、黏结剂的致密化行为是实现PBX炸药成型质量调控的关键难题。目前对该过程的研究主要分为致密化结构的实验表征和致密化演变过程的模拟计算两类，表1汇总了目前在致密化结构表征和数值模拟方面的主要研究方法及其适用问题、优缺点对比。

在宏观造型颗粒的形态演变方面，张伟斌等［5］利用高分辨率Ｘ射线层析成像技术无损观测获得了单向温模压PBX炸药致密化过程中颗粒排列方式，发现造型颗粒在成型后其形态沿压制方向呈扁长形、沿径向呈多边形分布。戴斌等［6-7］将圆片状可变形材料植入造型颗粒层中，同时与锥束微焦点CT（computed tomography）技术相结合，建立了造型颗粒压制致密化成型过程结构演变动态检测技术，揭示了致密化成型過程中内部颗粒形态演变规律，见图3［5-7］。

为获得细观尺度多相介质的复杂致密化行为及演变规律，白亮飞等［8］采用中子小角散射（SANS）技术分析了PBX炸药内部中子小角散射信号随成型压力的演变规律（见图4），并利用Porod定理获得了不同压力下细观尺度多相介质间界面面积的变化规律，发现成型压力较大时，除了颗粒被压实外，颗粒内部有大量的黏结剂流动至炸药晶体表面。该项工作从实验角度验证了PBX炸药在细观尺度的微结构演变行为，并对多相介质间不同界面进行了分类定量表征，为阐明细观尺度微结构演变规律及其内在物理机制建立了实验基础。

近年来，学者们为深入揭示PBX炸药致密化过程中细观结构演变行为及致密化机制，开始对颗粒致密化演变行为进行细观尺度模拟。其中，唐红等［9］采用物质点法研究了PBX炸药颗粒在致密化演变过程中的细观力学行为，发现在压制前期，炸药颗粒在压力作用下发生重排，压块内部出现明显应力梯度；当进入压制后期，炸药颗粒主要产生塑性变形，压块内部应力梯度随之逐渐减小。HU等［10］采用XCT（X-ray computed tomography）原位扫描试验获得了造型粉颗粒三维形貌信息，通过压缩试验获得了单颗粒压缩特性，之后基于离散元（DEM）方法，建立了具有真实三维结构特征的聚合物晶体复合颗粒的DEM模型（见图5），揭示了压缩成型致密化过程中颗粒内部结构演变及致密化机理。GUO等 ［11］通过实验和离散元（DEM）法模拟，研究了晶体尺寸对奥克托今（HMX）基PBX炸药模压致密化和细观力学行为的影响，发现在相同压力下，晶体尺寸越大，相对破碎率越大，进而导致密度增大，机械强度降低。

综上所述，学者们通过实验设计、无损检测以及模拟计算等手段初步探明了PBX炸药在压制过程中的颗粒致密化行为及规律，并建立了相应的理论体系和数值模型。然而，针对PBX炸药在动态压缩下造型颗粒内部细观尺度的原位表征技术相对缺乏，这使得目前对颗粒致密化演变行为的研究主要停留在宏观尺度造型颗粒的结构演变方面，而针对颗粒内部细观尺度上譬如晶体、黏结剂等微结构的致密化演变研究仍相对较少，特别是不同尺度间致密化行为的关联机制尚不清晰，这些将是接下来亟需研究的重点。

2.1.2 PBX炸药密度分布规律及均匀性

随着未来武器战斗部对PBX炸药爆轰波的精确输出形式以及环境适应性要求的不断提高，人们对PBX炸药件密度分布及均匀性要求变得更加严苛，对致密化程度高且均勻性良好PBX炸药的制造需求也越来越大。

密度是反映颗粒材料在致密化成型后材料内部质量的关键指标，对密度分布规律的精确检测和调控成为提升炸药件综合性能的重要手段。对此，学者们开展了大量的研究工作，表2汇总了目前主要的密度检测方法和调控策略。

为提高PBX炸药件密度分布的检测精度，并获得密度演化规律，田勇等［12］研制了炸药柱径向密度分布γ射线透射法无损检测装置。与排水法测密度相比，该装置具有高精确性和高自动化的特点，该装置为精确无损检测炸药柱局部密度分布提供了一种有效途径。杨雪海等［13］建立了双标准CT同步对称截面扫描模型（见图6，图中1号、2号为标准密度件，0号为待测密度件，ρ1、ρ2、ρ0分别为三者的体密度，CT0i、CT1i、CT2i分别为对应截面CT值，ρair为空气密度，CTair为空气CT值），将其与实验相结合，分别揭示了标准PBX密度件与复杂构型密度件内部截面CT灰度值的分布规律，该项技术提高了PBX截面密度测试的准确性。刘鹏华等［14］采用小角X射线散射技术（SAXS）和排水法研究了不同温度下PBX构件内部的密度演变规律，发现在某个压制温度下PBX构件内部密度值会发生突变。张远舸等［15-16］采用传统的压制方程，探明了在冷压和热压条件下不同加载阶段PBX炸药内部密度演化规律，并基于经典机器学习算法支持向量机（SVM）的回归算法，将时间因素引入到不同加载阶段的映射关系中，得到了从压力、温度和时间到密度的更高维度映射。

炸药件的密度均匀性决定了构件质量的均匀程度及其爆轰性能，然而，炸药件密度均匀性受成型工艺影响较大，这是由于模压成型过程中炸药颗粒与模具壁以及炸药颗粒间不可避免地存在着流动摩擦，这导致沿压制方向将产生不同程度的压力损耗，从而造成药柱内部产生密度不均匀现象，严重影响炸药件的力学性能。而等静压成型具有更加均匀的受力环境，在PBX炸药密度均匀性以及力学性能提升方面具有巨大优势。

从20世纪末开始，学者们综合对比了等静压成型相较于模压成型在提高密度均匀性方面的工艺优势，并揭示了成型参数对密度均匀性的影响规律。其中，张锋等［17］采用等静压成型开展了PBX-01炸药压制性能研究，发现与传统模压成型件相比，等静压PBX-01炸药件成型过程受力均匀，CT图像显示不同部位内部质量均匀（见图7）。张德三等［18］研究了等静压成型过程中温度、保压时间、压制次数等压制参数对成型密度的影响规律，并将其过渡到大型部件的成型，取得了良好的结果。梁华琼等［3，19］在此基础上进一步研究了不同压力和初始相对装药密度下橡胶等静压成型性能的演变规律，发现在160 MPa的成型压力、62%的初始相对装药密度下，成型构件的轴向密度差可以降低至0.4%左右，通过延长保压时间可有效提高炸药件压实密度。AZHDAR等［20］研究了粉末聚合物高速压实（HVC）工艺，通过增加压实量和压实方向，研究了在有松弛辅助和无松弛辅助情况下，压实材料的压实特性和表面形貌，以及如何通过松弛辅助来提高压实粉末床上下表面的均匀致密性和上表面的均匀性。

近年来，随着超声能场在成型制造领域的兴起，有学者开始将其应用于PBX炸药压制成型过程中，以明确超声能场下的颗粒演变行为及其在调控压坯均匀性方面的作用。LYU等［21］设计了超声辅助PBX压实技术及设备，发现超声振动可使PBX压实件的密度增大，直径膨胀和密度差减小，并通过分析微观结构演变行为揭示了密度分布机理（见图8），发现在超声振动作用下，颗粒重排形成“致密”结构，颗粒尺寸变小，从而导致颗粒密度增大。刘春泽等［22］设计了PBX代用粉体超声成型装置，探明了超声波振动对PBX炸药成型的作用效果，发现超声波辅助下压坯密度相对提高了1.79%，CT 成像结果显示压坯均匀性有一定的提高。

综上所述，等静压成型在提高密度均匀性方面具有巨大的工艺优势，然而，由于等静压成型存在工艺复杂、设备昂贵、生产周期长等缺点，目前在常规武器弹药的成型制造中尚未得到大范围推广，接下来亟需解决等静压成型的效率问题，从而扩大其制造产能和应用领域。此外，学者们探索了超声能场在提高模压件密度均匀性方面的内在潜力，这对未来进一步发展多能场辅助PBX炸药成型制造技术具有重要意义。然而，目前超声能场辅助技术主要用于模压成型，在等静压成型中的应用研究尚有待建立，在后续研究中，或可考虑将超声能场应用于等静压成型，以探索超声能场在成型效率提高方面的效用。

2.2 PBX炸药损伤演化与界面性能调控

PBX炸药作为一种脆性含能晶体高度填充（约90%）的高分子基复合材料，其内部多相介质间物理属性存在显著差异，且对压力、温度等成型参数敏感，特别是脆性含能晶体在压制成型过程中热力载荷作用下易发生剧烈破碎，在晶体内部、晶体与黏结剂界面处可能产生微裂纹、微空洞等初始细观损伤，这将导致炸药件力学性能降低和起爆热点增加，严重威胁其服役性能和安全性能，因此，揭示压制过程中细观损伤的演化规律与机制，探明界面黏结特性并实现界面性能调控具有重要意义。

2.2.1 PBX炸药损伤演化规律及内在机制

材料宏观尺度上的断裂破坏往往是细观尺度上的损伤缺陷在外部载荷作用下逐渐演化的结果。PBX炸药内部不同尺度下损伤行为的发生将直接对武器弹药的安全性及可靠性产生不同程度的影响。目前，国内外学者针对PBX炸药在不同尺度下的损伤演化规律及内在机制进行了大量研究工作。

在宏观断裂方面，目前学者主要借助实验设计和图像分析的方法表征宏观损伤行为及分布情况。其中，CHATTI等［23］介绍了一种PBX模拟材料宏观损伤行为的原始实验研究，通过拉伸、压缩、交替拉伸/压缩、受限压缩、通道模具和动态力学分析（dynamic mechanical analysis ， DMA），研究了不同加载状态下损伤诱导的各向异性和材料行为中的有效性。为揭示PBX炸药在加载状态下表面宏观裂纹的动态演化行为，许盼盼等［24］采用计算机断层扫描（CT）技术探究了单轴压缩下PBX模拟材料损伤演化行为，并将试件表面灰度分析与数字图像相关（DIC）方法相结合，捕捉了加载过程中PBX模拟材料表面裂纹扩展过程（见图9）。此外，LI等［25］采用瑞利面波层析成像方法对聚合物黏结炸药的表面裂纹进行了定量评价，并利用有裂纹和无裂纹试样中瑞利面波传播的实测信号进行层析成像，重建了缺陷图像，发现采用最优传感器阵列和形状因子计算方法生成的图像与实际缺陷形状吻合较好。该方法进一步为PBX表面缺陷的检测、定位和成像提供了新的途径。为精确捕捉材料内部的损伤分布，WANG等［26］将声发射（AE）和数字图像相关（DIC）方法相结合（见图10），对单轴压缩下PBX炸药的损伤演化进行了测量，通过声发射（AE）测量全局损伤演化，采用DIC观察局部（空间）损伤分布，研究发现，主导定位带（dominant localization band， DLB）在试样的损伤和断裂中起着关键作用。

上述研究主要为宏观断裂行为的表征分析，而目前对宏观断裂机制研究的相关报道较为缺乏，这是由于宏观断裂的发生往往是由细观尺度损伤不断累积和演化造成的，因此，对细观损伤的演化及机制研究是国内外学者一直以来关注的重点。

在细观损伤方面，从20世纪90年代开始，学者们为获得PBX炸药在细观尺度上的损伤演化规律及内在机制，分别从实验研究和模拟计算两方面开展了大量相关研究。

实验研究方面，国外早期的研究思路是将压制实验与电镜观测相结合，通过对细观结构的表征分析来反映材料内部细观损伤演化规律。其中，SKIDMORE等［27］对样品剖切后，在扫描电镜下观察压制过程不同阶段的PBX炸药细观结构，发现炸药晶体在压制过程中主要发生晶体的破碎和孪晶变形。PETERSON等［28］利用晶体粒度来表征PBX构件的细观结构特征，通过对比不同压制条件下PBX炸药晶体粒度，揭示了压制成型条件对细观结构的影响规律，发现压制压力越大，晶体粒度越小，这从侧面验证了材料内部晶体破碎现象及其随压力变化的演化规律。BURNSIDE等［29］对比了松装状态和压制后的炸药晶体形态和粒度，揭示了压制过程晶体的破碎和重排过程，并利用前后晶体颗粒的比表面积来表征炸药晶体的破碎程度。

在此基础上，国内学者进一步分析了压制条件和材料参数对细观损伤的影响规律。梁华琼等［30-32］研究了不同压制条件下PBX晶体的损伤演化规律，发现颗粒破碎及孪晶形成与成型压力成正相关。张伟斌等［33］借助X射线微层析成像（X-CT）技术研究了不同温压成形工艺对PBX炸药内部三维初始细观损伤分布的影响（见图11），并统计对比了三种成型工艺下初始细观损伤种类和尺寸，结果表明，单向、双向模压法成型的PBX炸药内部存在着百微米至毫米尺度的初始细小裂纹和一些残余孔隙，而软模温等静压法能避免这些初始细观损伤的产生，其研究结果为不同温压成形PBX炸药热力承载下断裂行为及机制研究提供了基础。闫冠云等［34］利用X射线小角散射（SAXS）技术研究了热损伤奥克托金（HMX）基PBX炸药内部微空洞演变规律，对比分析了压力、温度及PBX晶体尺寸对热力加载下PBX炸药内部微空洞形成及长大的影响规律，结果表明，富含大晶体尺寸的PBX样品内部微空洞含量达到峰值的速度更快。刘佳辉等［35-36］对比了粒度分布对含能晶体损伤程度的影响，发现随着PBX晶体粒径的增大，其包覆效果和力学强度降低，在晶体尖端和棱角处更易发生破碎从而形成裂纹，而采用两种粒度的PBX级配，可减小压制过程中晶体的损伤程度。

将压制实验设计与结构表征分析相结合，可有效捕捉材料表面和内部损伤行为的复杂演化过程。然而PBX炸药损伤行为的发生往往受到多种因素的影响，特别是在细观尺度，单纯依靠实验手段难以有效揭示多因素影响下损伤演化的内在物理机制，借助PBX炸药细观力学模型可有效模拟多相介质在复杂物理场下的细观力学行为及损伤演化过程，并揭示不同诱因下损伤演化的内在物理机制。对此，接下来将主要围绕细观力学本构模型、细观损伤行为、细观损伤演化机制三方面展开讨论。

构建合理的细观力学本构模型是研究材料力学行为和开展细观损伤模拟的关键。XU等［37］建立了可描述PBX黏弹塑性变形的物理模型，在黏弹性统计裂纹力学模型（Visco-SCRAM）的基础上加入塑性部分来描述PBX的黏弹塑性变形，分别从宏观和细观角度研究PBX在不同减速环境下的力学响应。IQBAL等［38］采用流变本构模型来表征聚合物黏结炸药中黏结剂的细观力学行为，利用恒定的剪切应变率、剪切应力松弛和在较宽的温度和应变率范围内获得的单调拉伸试验结果来确定黏结剂的材料性能。LIU等［39-40］提出了一种力学本构模型，该模型结合了孔隙率模型和黏弹塑性损伤模型，研究了PBX的不可逆体积压实、应变速率和压力耦合等复杂力学行为对其力学强度的影响。CHATTI等［41］提出了一种新的具有损伤诱导各向异性的黏弹性微平面模型，构建了准静态载荷作用下PBX炸药的力学本构关系，分析了模型对应变增量大小和加载方向的敏感性。

上述细观力学本构模型的构建为后续细观损伤行为的模拟研究提供了基础，而对细观损伤行为的精确模拟分析是揭示损伤演化机制的关键。目前对细观损伤行为的数值模拟主要集中于材料属性（晶体颗粒几何特征参数与黏结剂性能等）以及加载环境（受力形式、温度场）对细观损伤行为（颗粒破碎、界面脱粘、微裂纹扩展）的影响方面。其中，HUANG等［42］通过实施黏弹性相场断裂（PFF）方法研究了PBX炸药在压缩下的断裂行为，发现颗粒尺寸和体积分数对PBX炸药断裂行为的影响不同，破坏强度随颗粒尺寸的增大而减小，但随颗粒体积分数的增大而增大。YEAGER等［43］建立了PBX炸藥压缩过程中的原位成像损伤模型，研究了不同黏结剂刚度对黏结剂流动和界面脱粘的影响规律。MANNER等［44］开展了HMX基PBX炸药压缩过程的细观损伤研究，借助Micro-CT实时观测了PBX晶体的破碎以及形貌的转变，并通过有限元模拟了不同应变下晶体/黏结剂界面脱粘行为（见图12）。沈迎咏［45］采用扩展有限元法研究了PBX炸药细观模型和宏细观耦合模型的裂纹扩展行为。YANG等［46-47］建立了一种考虑微裂纹和微孔洞演化规律的损伤黏弹塑性模型，并应用于DREXH流体力学程序中，预测了聚合物黏结炸药在复杂动载条件下的整体力学行为，并揭示其可能的失效模式。XUE等［48］建立了改进的微裂纹微孔洞组合模型（CMM），研究了聚合物黏结炸药在高温加载条件下的损伤行为。

基于材料内部细观损伤行为，为进一步揭示细观损伤演化的内在物理机制，WALTERS等［49］建立了拉伸载荷下HTPB黏结剂和PBX晶体分层的内聚力有限元模型，采用内聚力有限元模型模拟了改性HTPB黏结剂和PBX晶体之间界面的退化和分层机制。BARUA等［50-52］建立了一种用于定量聚合物黏结炸药微观结构热机械响应的内聚有限元模型，研究了大变形、热机械耦合下界面微裂纹的失效机制和摩擦加热问题。ARORA等［53］建立了塑性黏结炸药微结构在拉伸作用下的损伤变形有限元模型，在二维和三维的理想假设下，模拟了具有相同尺寸分布和体积分数的微结构对变形损伤的影响机制。发现颗粒的几何形状在决定破坏的开始和断裂的严重程度方面起着至关重要的作用。WANG等［54-55］建立了聚合物黏结剂和界面的损伤黏弹性模型，发现微观结构的非均匀性是造成应力、应变和损伤场不均匀的原因。在动态压缩条件下，晶体断裂是主要的破坏机制，而在动态拉伸条件下界面脱粘是主要的破坏机制。DENG等［56］采用三维周动力学（PD）方法和随机微模方法建立了PBX材料的数值模型，能够捕捉PBX炸药固有的微观结构非均质性。DMI（damage mode index）分析表明，颗粒间损伤是导致界面强度较低的主要原因。上述研究主要集中于界面脱粘机制研究，这是由于组成界面的晶体和黏结剂间物理属性差异显著，界面成为材料内部最薄弱区域，而目前对晶体破碎和微裂纹扩展内在物理机制研究仍相对缺乏。

除针对上述压制过程中的损伤演化研究，目前国内外大量学者对压制后PBX炸药在加工、运输、服役等过程中产生的冲击、加热等多种载荷环境下的损伤演化行为及内在机制也进行了相对成熟的科学研究，积累了大量研究方法和理论成果，这对今后进一步研究压制过程中的损伤行为及内在机制具有重要的借鉴和指导意义。

其中，HUANG等［57］采用基于黏结的近动力学模型研究了PBX炸药在冲击载荷作用下的动态损伤响应。通过定义的双线性本构模型很好地捕捉了PBX的软化行为。XIAO等［58］设计了两个不同的低速碰撞实验来研究PBX炸药冲击损伤特性，分析了PBX在不同冲击载荷作用下的损伤机理及断裂模式。PAULSON等［59］利用同步X射线辐射进行了高速相衬成像实验，观察了简化的PBX炸药在低速冲击下的内部裂纹行为，发现晶体质量对PBX的损伤行为有明确的影响。KANG等［60-61］将黏弹性本构模型、弹黏塑性本构模型和双线性黏聚接触模型应用于数值流形方法（NMM）程序中，用C语言编程的开源代码描述爆炸颗粒/黏结剂界面的变形和破坏，研究了PBXs的拉压不对称、初始缺陷对其细观结构破坏模式和宏观有效抗拉强度的影响。DANDEKAR等［62］利用超声振动下典型PBX细观结构的有限元模拟，了解了颗粒结构对PBX局部温升的影响。PARKER等［63］采用高分辨率同步X射线计算机断层摄影技术，原位观察了两种PBX炸药组合物在慢速率的热轨道上加热测试从热逃逸到点火结束的热暴露孔隙度演化规律。

上述研究从不同角度揭示了PBX炸药损伤演化行为、规律及内在机制。然而，目前针对PBX炸药在压制成型过程中的损伤演化研究仍相对薄弱，这是由于在压制成型过程中诱发损伤的潜在因素众多，损伤的演化对加载环境及自身微结构组成敏感，损伤缺陷种类多样，而对压制成型过程中的损伤演化行为与机制研究仍需进一步挖掘，特别是对晶体破碎和微裂纹扩展的内在物理机制研究相对缺乏，有待深入探索。现有的细观损伤模型主要集中于单晶模型或者局部区域多晶模型，加载环境多数较为单一，而PBX炸药内部富含不同特征结构区域，不同区域加载环境和微结构差异致使损伤演化的影响机制不同，如何揭示复杂加载环境与不同微结构下PBX炸药多类型损伤缺陷的产生机制成为目前面临的关键难题和未来建模的主要方向。此外，由于压制过程处于完全密闭状态，对不同尺度下损伤演化过程的实时监测和捕捉困难，亟需发展针对PBX炸药压制成型过程损伤演化的多尺度原位动态实时检测技术。综上所述，压制成型过程损伤诱发因素不清晰、加载环境和微结构组成复杂多样、针对损伤演化过程的多尺度原位表征技术不成熟成为限制目前压制成型过程中损伤演化研究的主要因素，针对上述问题的深入分析将是未来研究的重点。

2.2.2 PBX炸药界面黏结特性及界面性能调控

由于不同特征结构的炸药晶体与黏结剂组成的PBX界面间黏结特性存在严重差异，且界面作用力较弱，成为制约PBX部件力学性能的核心问题，以及高填充PBX复合材料中最薄弱、最难以控制的环节，因此，阐明PBX炸药界面黏结特性并实现界面性能有效调控已经成为高性能PBX炸药结构件未来发展面临的关键难题。

国内外学者通过对比发现，PBX炸药的界面黏结特性对材料内部晶体构成、黏结剂组分以及外部成型工艺和温度/载荷环境均表现出强烈的敏感性。其中，HERMAN等［64］采用5碘2 脱氧尿苷（IDOX）作为PBX炸药模拟替代材料，综合研究了晶体粒径分布、黏结剂组成变化以及压制温度对抗压强度和弹性模量的影响，通过观察发现，粒径分布、黏结剂组成和压制条件对材料的柔韧性和界面强度有可测量的影响。唐明峰等［65-68］具体分析了晶体尺寸对PBX的界面黏结作用的影响，发现晶体尺寸越大，晶体包覆率越小，而在大尺寸晶体附近更易发生界面脱粘行为，随着晶体尺寸减小，界面分布数量增大，界面强度有所增大。吴永炎等［69］采用分子动力学方法分别对晶体与4种氟聚物黏结剂 F2314、F2311、VitonA和 F2614 间的结合能进行模拟计算，发现界面黏结强度取决于晶体与黏结剂间的结合能大小，其中F2311黏结剂与主体炸药间的结合能最大，界面相容性最好，生成的PBX界面体系最稳定。刘永刚［70］研究了成型工艺对PBX表面电子结合能及界面黏结性能的影响，结果表明相对于初始造型粉，热压成型后药柱的表面电子结合能明显增大，界面黏结作用增强。LYU等［71］采用分子动力学模拟方法进一步研究对比了温度和应变速率对TATB-F2314界面黏结性能的影响，对TATB-F2314界面上混合相进行表征发现，TATB-F2314的界面结构和黏结性能主要取决于温度和应变速率，F2314在玻璃化溫度下发生了延性脆性转变，这对TATB-F2314的结构演化和失效机制有很大影响。在准静态或低应变速率拉伸条件下，断裂主要出现在F2314上，而在高应变速率拉伸条件下，断裂主要转移到界面互混相附近的TATB层。该模拟结果为PBX的设计、制备和安全使用提供了依据。

除了调整工艺参数和材料组分、建立界面敏感性分析以外，学者们开始尝试开发和设计新的界面材料和结构，以获得新的性能和更高的界面强度。近年来，纳米颗粒填充材料和表面涂层技术的兴起为PBX炸药界面性能的调控研究提供了新思路。LIN等［72-73］采用水悬浮法制备了以0.05%～0.5 %（质量分数）石墨烯改性的TATB基PBX炸药，同时构建了一种新型自增强PBX炸药，发现纳米TATB颗粒的加入明显提高了PBX炸药的存储模量、强度和韧性。LI等［74］基于生物激发的超分子化学提供共价和非共价相互作用的协同效应，设计了含邻苯二酚的合成聚合物（CSP）中间层，使PBX炸药晶体与含氟聚合物黏结剂之间的界面相互作用显著增强，机械强度显著提高（拉伸强度和压缩强度均提高40%以上）。ZENG等［75］以聚多巴胺（PDA）层的羟基为二次反应平台，将典型的含能晶体TATB利用聚多巴胺（PDA）层的强黏附性能牢牢地包覆在TATB表面，然后将两个具有脂肪和芳香结构的HBPs接枝在TATB表面，制备了4种高负载高分子含能复合材料（见图13），由于界面得到强化，试件的拉伸强度和抗压强度分别提高了26.5%和19.8%。YAN等［76］提出了一种基于微尺度混沌平流的微流控结晶系统（MCS），用于控制和优化PBX炸药的结晶环境，制备出粒径分布窄、形貌规则、晶体质量高的炸药颗粒，在此基础上选用四种典型的黏结剂对纳米六硝基二苯乙烯（纳米HNS）进行涂装，研究了黏结剂对HNS晶体的表面改性和包覆机理。HE等［77］基于形貌和结构表征、接触角测量和小角中子散射（SANS）测量，设计了一系列多层核壳-TATB颗粒，将HBPs通过“graft-from”途径原位接枝到聚多巴胺（PDA）表面，然后采用水悬浮造粒法将聚合物黏结剂溶液滴入爆炸悬浮液中，制备了TATB基PBX复合材料，发现当聚合物壳含量仅为1.5 %（质量分数）时抗拉强度和抗压强度最高。

综上所述，国内外学者对PBX炸药界面黏结特性及界面性能调控进行了极具探索性的研究，系统分析了晶体构成、黏结剂组分以及工艺环境对构件内部晶体黏结剂界面性能的影响规律，并基于纳米颗粒填充材料和表面涂层技术建立了PBX界面性能调控策略，然而，对该方面潜在问题的深入研究仍有待进行。

在界面黏结特性方面，现有研究主要集中于成型前原材料构成和外部工艺参数对成型后界面的敏感性分析方面，尚未考虑压制成型过程对材料结构和界面性能的影响。而压制成型过程是一个涉及多物理场且具有复杂变形历史的过程，该过程材料内部伴随有晶体破碎、黏结剂流动等剧烈的微结构演变，其中晶体尺寸、形貌以及黏结层厚度等界面结构参数均发生了变化，界面结构参数的剧烈变化使得界面黏结性能产生动态演变，因此揭示压制成型过程中多物理场及复杂变形历史下的微结构演变对界面黏结性能的影响具有重要意义。对此，笔者认为可从以下几方面展开研究：首先，阐明晶体破碎、黏结剂流动与新生界面的定量关系，如探明破碎后晶体尺寸、形貌以及黏结层厚度对界面强度的定量影响规律；其次揭示温度场下黏结剂的软化流动对晶体破碎后新生界面的包覆行为，其中如何真实准确地表征和模拟黏结剂的流动是目前面临的关键难题；最后，开展保压/卸载过程对界面脱粘行为的定量化研究，特别是卸载过程中黏结剂的回弹对界面黏结性能的定量作用规律及内在机制尚不清晰。

在界面性能调控方面，现有调控策略主要为通过外部引入新材料、生成新结构来提高界面力学性能，然而，目前研究中尚未考虑引入新材料/结构后材料内部的组分、含量将产生不同程度的变化，特别是不同成分新材料的引入是否会影响PBX的爆轰性能仍未可知，笔者认为接下来可对此展开相关研究。

2.3 PBX炸药残余应力检测与调控

PBX炸药在压制过程中经历了复杂的热力加载历史，导致成型后压制件内部不可避免地存在着残余应力。残余应力的存在严重降低了炸药件的结构强度和使用寿命，使其在低应力状态下易产生开裂现象［78-80］。实现残余应力的精确检测和有效调控是提高PBX炸药件内在质量的关键。

2.3.1 PBX炸药残余应力检测

建立殘余应力的精确检测方法、探明残余应力的分布及演化规律，是实现材料内部残余应力调控的首要条件。按照测试方法对目标构件是否造成破坏，可将残余应力测试方法分为有损检测和无损检测两大类，有损检测主要包括钻孔法、剥层法、电化学腐蚀法等，无损检测主要包括Ｘ射线衍射法、中子衍射法、超声波法、云纹干涉法等。由于PBX炸药对载荷较为敏感，有损检测存在安全性问题，因此，目前对PBX炸药残余应力的检测多采用无损检测法［81-82］。另外，钻孔法在有损检测法中对构件的破坏程度相对较小，因此在PBX炸药残余应力的测量中也少有应用。

接下来，将简要介绍目前主要应用于PBX炸药残余应力检测的五种方法，包括钻孔法、Ｘ射线衍射法、中子衍射法、超声波法、云纹干涉法。

钻孔法是目前工程应用最广泛的残余应力检测方法，其原理为：将待测构件钻孔，然后通过测量孔周围释放完残余应力后产生的应变，进而计算出该点的应力值。该方法操作简便、设备价格低，但该方法受人为因素（钻孔速度、应变片贴合度等）影响较大。

Ｘ射线衍射法的测试原理为：以测量衍射角的偏移为基础得到应变，然后通过弹性力学计算得到残余应力。该方法具有检测精度高、无破坏等优点，其缺点是检测深度较浅，受表面状态干扰较大。

中子衍射法的测试原理与Ｘ射线衍射法相似，同样是基于布拉格衍射，根据衍射峰角度以及晶面间距的变化计算残余应力值，区别在于中子的穿透能力更强，解决了Ｘ射线衍射法探测深度不足的问题，因此，中子衍射法可检测材料更深层残余应力，且检测精度高。缺点是设备昂贵、便携性差，工程应用受限。

超声波法利用材料的声弹性理论，也就是材料加载应力的变化会导致超声波在材料内部传播速度变化的原理，通过测量超声波在材料内传播速度的变化，从而得出残余应力的变化。该方法的优点是不受材料尺寸影响，可同时测试表层与不同深度残余应力的分布，使用安全，设备简便，缺点是自身波长较长、声速较低、应力所引起的声速变化量微小，精度有限。

云纹干涉法是20世纪80年代发展起来的现代光测力学方法，其原理为：利用试件栅衍射出的翘曲波前相互干涉产生代表位移等值线的干涉条纹，根据衍射波干涉条纹的形状和变化量计算出试件表面发生的变形分布和变化量，通过计算得出位移和应力。该方法具有灵敏度高、条纹质量好、可在室外实时观测等优点，在残余应力测试方面具有广泛的应用价值。

5种PBX残余应力检测方法对比如表3所示。

总的来说，残余应力检测方法繁多，但目前国内外针对PBX炸药残余应力检测的相关研究和报道相对较少。已有的研究中，学者们主要采用不同检测方法对不同处理工艺、不同材料成分、不同载荷状态下的残余应力演化规律进行了测量与分析。

雍志华等［83］采用钻孔法初步测试确定了PBX药柱内部残余应力的存在，之后通过Ｘ射线衍射法对比分析了热处理前后PBX炸药件残余应力的变化规律，结果显示PBX炸药件内部残余应力主要集中于边缘位置，通过热处理或静置处理可有效降低残余应力。温茂萍等［84］采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试获得了不同黏结剂含量下PBX炸药残余应力的变化规律。发现PBX中黏结剂含量为0时，构件内部残余应力主要为拉应力，随着黏结剂含量增大，残余应力逐渐减小，当PBX中黏结剂含量增大到9%时，构件内部残余应力转化为压应力。王延珺等［85］采用基于反向组合高斯牛顿配准算法的局部数字体图像方法获得了PBX试件内部具有亚体素精度的三维应变场，之后基于获得的应变场以及胡克定律重建了PBX试件内部的三维应力场。PAN等［86］利用Digimat-FE软件模拟分析了PBX炸药应力分布，并设计了一套高效的超声无损检测系统，用于检测材料的应力分布和细裂纹群。周海强等［87］建立了基于激光超声掠面纵波的PBX炸药模拟材料内部应力状态新型高效无损检测方法，并搭建了PBX炸药模拟材料应力在线激光超声无损检测实验平台（见图14），测量了不同加载状态下激光超声掠面纵波信号（见图15），发现超声掠面纵波的传播方向与应力方向平行时声速变化明显，声速相对变化量与应力成近似线性增大的关系。该项研究初步验证了激光超声掠面纵波对于PBX模拟材料内部应力状态检测的可行性。徐尧等［88］在中子残余应力谱仪（RSND）上水平安装了2 kN双丝杆拉伸台（见图16），采用原位中子应力测量技术在线测试了PBX炸药内部应力随外部载荷状态的变化规律，发现中子衍射测量晶格间距的变化与应力成近似线性增大的关系。该项研究探索了中子衍射方法在研究PBX炸药内应力方面的可行性。剑桥大学的Cavendish实验室成功采用云纹干涉法检测了PBX的定量位移和微观应力，该成果为深入研究核弹头的老化效应提供了支撑［89］。

2.3.2 PBX炸药残余应力调控

对PBX炸药成型后构件内部残余应力的有效调控是改善成型质量和构件性能的关键。目前对PBX炸药成型件的调控主要通过热处理的方法。兰琼等［90］通过低压热处理的方法将炸药件放入等静压后处理机，结果发现采用该后处理方法能在短时间内有效释放PBX炸药件内部残余应力，并能抑制药柱长大，改善炸药件内部质量。田勇等［91］将PBX试样放置于50 ℃下，进行了累积9天的热处理试验，之后采用超声波特性参量检测了热处理试样内部残余应力，结果发现PBX试样的超声波增益和声速值在热处理过程中均呈现出趋同的特征，通过适当的热处理有助于提高PBX压制件内部质量的均匀程度。

综上所述，学者们采用钻孔法、Ｘ射线衍射法等方法对PBX炸药内部残余应力进行了检测分析，并获得了残余应力的演化规律，同时通过后处理等手段对其进行了调控。然而残余应力对PBX炸药的压制参数、组分构成以及内部损伤缺陷较为敏感，多相介质间热物理性能的严重差异导致损伤缺陷分布较为随机，这使得残余应力的来源及分布复杂，仍难以阐明。而目前对残余应力的检测尚处于成型件的定性分析阶段，对整个成型过程残余应力的产生及演化机制研究尚不清晰，且目前对残余应力的调控主要依赖于后期二次处理，难以进行针对性预防与精确化调控。

3 PBX炸药压制安全性与数字化自动化工艺分析

3.1 PBX炸药压制安全性分析

炸药材料在“撞击、摩擦、热、静电”四大刺激作用下，能够自行发生急剧的化学反应，瞬间释放出大量能量，进而发生爆炸和冲击。1960年美国 Livermore 实验室在进行 PBHNL 和PBX9404压制过程中，由于炸药材料在高温高压环境下释放气体，在密闭环境中气体无处释放，达到一定阈值后产生了爆炸；2018年美国 Los Alamos 实验室 PBX-9501压制药柱时，由于原材料杂质或是模具设计原因，在炸药压制过程时发生爆炸。可以看出，无论炸药在压制还是装配过程中都会涉及上述四大刺激，达到一定条件后会发生爆炸，存在一定的安全风险，因此需要对炸药压装成型过程进行安全性分析。

对于炸药压制过程的安全分析，美国能源部炸药安全委员会1985年通过全面严谨规范化的试验研究，系统地建立了炸药研究、制造、装配、运输、贮存和使用中的安全标准和规范，制定了《炸药安全手册》，并不断地进行修订、添加和完善，完善修订时间长达约40年，由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore national laboratory， LLNL ）的“work smart standards”小组定期进行鉴定和批准，对不同感度类别的炸药加工做出了安全层级划分，但相关评价方法、试验的结论数据和使用标准未对外公开。除此之外，英国Cavendish实验室和美国的LLNL实验室针对影响压制安全的炸药“热点”形成机理开展了相關研究，结果表明“热点”的形成主要由高熔点物质的相互摩擦导致。上述研究结果都对炸药压装过程的安全性积累了一定经验，起到了历史性的作用。

近年来，学者们在对压制安全性不断规范化标准化的同时，开始逐渐将关注点集中到提升压制材料自身安全性方面。BAO等［92］研究了热塑性聚氨酯（Estane5703）作为黏结剂和氟橡胶（F2604）作为黏结剂对HMX基PBX炸药的冲击安全性，发现由于Estane5703的黏结强度更高，含Estane5703的炸药比含F2604的炸药具有更高的冲击安全性。HUANG等［93］研制了一种自愈合聚合物黏结剂，该含氟聚合物凝胶黏结剂为PVDF-co-HFP（CH2-CF2和CF2-CF（CF3）的共聚物）/EMIOTf（1乙基3甲基咪唑三氟甲磺酸盐）/石墨烯三元复合材料，通过自愈合聚合物黏结剂的自我愈合能力，极大地提高了PBX炸药的稳定性和安全性。DU等［94］制备了一系列NTO/ HMX复合炸药，并对其进行了表征，研究了NTO对配方性能的影响，特别是安全性能的影响。WANG等［95］采用高温碳化和气固叠氮化反应制备出对静电钝感的碳叠氮化铜复合材料，有效地改善了高能起爆药敏感、不安全的特点，降低了该材料在受到外界弱刺激下的敏感程度。

然而，上述研究的重点主要集中于是否直接发生爆炸、燃烧等现象和后果的判定上，对炸药压制安全的判断也只是单纯地依靠材料自身的感度。面对日益扩大的 PBX 压装药柱生产需求，现有炸药压制安全试验和评价方法较为粗放，很难做到分类分级和摸清安全边界。除此之外，对现有压装工艺过程安全认知不够深入，没有形成压制工艺过程的安全标准和规范，也都极大地限制了压制成型工艺的安全高效发展。

3.2 PBX炸药压制成型数字化和自动化工艺分析

炸药压制成型过程数字化是指综合利用数理建模、数值模拟、大数据分析、数字控制等现代信息技术，在虚拟空间中构建出能反映炸药实体在物理空间内压制成型状态的数字化模型，通过虚拟空间数字化模型与物理空间成型状态的交互作用，模拟、监控、诊断和预测复杂生产系统炸药实体在现实环境中的成型过程、状态和行为，以此实现成型制造过程炸药件产品几何特征与结构性能的精准优化与控制的目标［96］。

PBX炸药压制成型过程是一个涉及多物理场、多尺度、多阶段、多参数相交互的复杂成型过程，实现PBX炸药压制成型过程数字化通常需要做到以下几方面：①建立面向成型制造全生命周期、具有丰富材料基因库、工艺数据库和模拟仿真技术支持的数字化成型制造系统，可在虚拟数字环境下并行、协同地实现成型制造过程的全数字化设计与优化［97-98］。②构建成型加工外场与炸药型性参数的在线感知与物理场重构技术。譬如发展激光、图像等光学检测技术，实现微米级几何形状的非接触式测量；建立成型过程工况、加工能场、材料演变过程的精确感知模型；发展基于有限测量点信息的多物理场重构方法等［99］。③建立反馈系统和信息同步系统，通过虚拟空间数字化模型预测产品的精度、性能、缺陷等，并实时反馈到物理空间中，以更高的效率、更低的成本优化系统，而虚拟空间和物理空间两者间信息同步的精度决定了优化系统的能力。

炸药压制成型过程数字化是实现高效成型的基础，然而，对于 PBX 炸药压制成型过程的数字化，目前国内外都属于严格保密项目，仅有的研究报道也都是针对成型过程数字化理论基础（PBX 炸药成型本构模型）的研究。哈尔滨工业大学的研究团队在热力耦合的加载下进行仿真分析，建立了PBX炸药基于Johnson-Cook本构模型的热力耦合模型，并采用神经网络预测的手段预测了PBX本构关系［100］。北京理工大学的研究团队定量地讨论了加载水平对力学特征参数（如模量、破坏强度、极限应变等）的影响，并统计得到了单轴拉伸/压缩条件下应变速率和温度相关特性的具体数学表达式［101］。中北大学研究团队采用被动约束实验测量了PBX炸药的轴向和径向应力历史曲线，并研究了PBX炸药在动态多轴载荷下的行为特征［102］，基于获取的力学行为特征，他们利用玻耳兹曼叠加原理和Prony级数表示，进一步建立了PBX炸药动态力学响应的本构理论。除上述宏观本构模型，中国工程物理研究院化工材料研究所基于物质点法和离散元法揭示了 PBX 炸药压制过程的微细观结构变化趋势和致密化机理［9-11］。上述研究成果都为 PBX 炸药压制成型过程数字化研究提供了基础。

自动化装备是实现高效成型工艺的工具和手段，基于自动化设备形成相应的工艺，可以提高生产效率，减少人力操作，提高过程本质安全性。然而，关于 PBX 炸药压制成型过程的自动化设备和工艺研究尚未见相应的报道。

总体而言，目前针对PBX 炸药压制成型数字化和自动化制造研究，我国仍处于前期探索阶段，在未来短时期内，加速提升数字化自动化制造水平是PBX 炸药压制成型亟待发展的主要目标和重要趋势。

4 发展趋势与挑战

未来战场环境的日益复杂和新型武器弹药的快速发展对压装型PBX炸药的成型质量、压制安全性以及数字化自动化水平提出了更高的要求。发展成型质量高、压制过程安全可控、数字化与自动化水平高的先进压制工艺是长期以来的发展目标和主流趋势。对此，众多学者开展了大量探索性研究，积累了一定的经验，建立了相应的理论基础，然而PBX炸药压制成型未来的发展仍面临着巨大挑战。笔者认为该领域接下来的发展趋势与面临的挑战可能包含以下方面。

（1）阐明热力载荷下PBX炸药多尺度致密化演变机制，建立密度演化主动调控策略。目前对PBX炸药热力载荷下的致密化演变研究主要停留在宏观造型粉演变规律层面，针对PBX炸药在动态压缩下颗粒内部结构的原位监测分析研究相对缺乏，特别是细观尺度造型粉内部结构的致密化演变机制尚不清晰。对此，亟需加强针对压制过程颗粒内部细观尺度原位动态实时检测技术的开发及应用。在密度调控方面，可考虑将控制造型粉物性参数、开发新型能场辅助技术、优化压制参数等多方面相结合，从而建立密度演化主动调控策略。

（2）揭示复杂加载环境与不同微结构下多类型损伤缺陷产生机制。压制过程中PBX炸藥内部损伤缺陷种类多样且来源广泛，揭示复杂加载环境与不同微结构下PBX炸药多类型损伤缺陷的产生机制成为目前面临的关键难题。对此，可考虑通过设计不同加载环境和多种微结构下的PBX炸药力学行为试验，同时借助计算机扫描与图像后处理技术构建具有真实微结构的PBX炸药模型，并结合有限元法、离散元法、无网格法等模拟手段对PBX炸药复杂真实环境下的损伤行为及内在机制进行模拟分析。

（3）探明PBX炸药压制成型过程中的残余应力来源及演化规律，建立残余应力预防措施。由于残余应力对PBX炸药的组分构成、内部损伤缺陷以及压制参数较为敏感，使得残余应力来源不明且演化过程复杂。对此，可考虑建立PBX炸药成型过程中残余应力与组分构成、损伤缺陷、压制参数间的关联关系，同时借助残余应力无损检测技术，并结合模拟计算等手段探明残余应力在成型过程中的来源、分布及演化过程。在残余应力预防方面，可从根源上提高各组分介质的力学性能，同时可考虑通过延长保压时间、降低卸载速率等压制工艺参数主动控制成型过程，避免压制过程中不必要残余应力的产生。

（4）摸清PBX炸药压制成型多刺激源下的安全边界，建立压制成型安全标准与规范。PBX炸药在压制成型过程中涉及的刺激源复杂多样，压制过程中的安全响应规律与机制仍不清晰，且不同种类炸药对刺激源的感度存在较大差别，根据炸药种类进行安全等级划分繁琐复杂，至今仍难以建立起有效的压制成型安全标准与规范。接下来亟需探明压制成型过程中的关键刺激因素对PBX炸药的安全响应规律与作用机制，对此可考虑多场耦合作用下（热、力、静电、摩擦等）PBX炸药分解反应以及局部热点演化规律与机制研究。同时可借助数值模拟、安全试验等手段逐级搜索并摸清工艺安全边界，建立压制成型安全标准与规范。

（5）提高压制成型数字化与自动化工艺水平，开展等静压系统性基础理论研究。目前对压制成型的数字化与自动化工艺研究仍处于起步阶段，特别是等静压成型，虽可大幅提高炸药件的成型质量和产品性能，但是效率问题却成为限制其发展的最大瓶颈，接下来亟需解决的问题是如何提高其数字化自动化制造水平，从而提高生产效率。另一方面由于制造成本较高以及应用范围的局限，使得目前对等静压成型的基础理论和内在成型机制研究相对缺乏，对此，可考虑在等静压成型过程中包套结构设计、包套与颗粒材料间表界面行为及其作用机制、各向同性压力下颗粒细观力学行为及致密化规律等方面展开研究。

5 结束语

基于压装型PBX炸药面向高质量、高安全、高效率先进成型制造的发展需求，本文综述了PBX炸药压制成型质量与性能调控方面的研究进展，并简要讨论了PBX炸药压制安全性以及数字化和自动化制造的研究现状。总体而言，针对压装型PBX炸药的研究已经建立起了较为完善的科学基础和理论框架，然而现有的理论体系和工艺水平仍难以满足未来先进成型制造技术快速发展的需求。笔者认为接下来亟需丰富配方设计并加强原材料制备研发水平；发展炸药件质量/性能精确预测与调控技术；建立并完善压制成型安全标准与生产规范；加速数字化自动化制造水平，发展柔性制造技术。这些将是PBX炸药压制成型领域今后发展值得关注的重点。

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