化学与军事-课件

◆化学火药◆化学材料◆化学武器化学与军事火药是我国古代四大发明之一,距今已有1000多年的历史。火药最初主要用于医药,这从其命名中的“药”字即可见一斑。据《本草纲目》记载,火药有去湿气、除瘟疫、治疮癣的作用,后来火药传至欧洲才用于军事。一、火药——武器的灵魂现在的火药一般是指在隔氧情况下能自行迅速而有规律地稳定燃烧.并释放出大量的热能和气体以提供推进力的物质。在军事上主要是用作枪弹、炮弹、导弹、火箭等火器发射的能源或某些驱动装置和抛射装置的工作能源。黑火药的主要成分是:硝酸钾、硫、木炭:2KNO3+S+3C=K2S+N2+3CO2据测，大约4克黑火药着火燃烧时，可产生280升气体，体积可膨胀近万倍。由于爆炸时有K2S固体产生，往往有很多浓烟冒出，黑火药之名便由此而来黄色火药:苦味酸硝化甘油:硝化甘油是一种非常不稳定的化合物,稍为震动都会发生猛烈的爆炸,诺贝尔将硝化甘油与硅藻土混合,获得稳定、安全、威力强大的新式炸药。诺贝尔一生共获得255项科学发明专利权,他在1864年研制出的炸药和雷管,在生产上和军事上发挥了巨大作用,同时也获得高额利润。雨果称诺贝尔为“欧洲最富有的人”。诺贝尔醉心于化学研究,终生未娶。诺贝尔去世后留下约920万美元。自1901年起,设立了物理学、化学、医学和生理学、文学、和平奖,后来又增设了经济学奖。TNT二、有机炸药在一定外界条件下能发生爆炸并对周围介质造成破坏的物质统称为炸药。绝大多数的炸药是有机化合物或它们的混合物。按作用炸药主要分为二类:起爆药、烟火药。1.起爆药起爆药是一类敏感炸药,它只要受到外界能量激发即可发生燃烧或爆炸并能迅速形成爆轰。因此,主要用于装配起爆装置,如火帽雷管。起爆药通常分为单体起爆药、混合起爆药和复合起爆药等三类。常用的单体起爆药如:A.雷汞[Hg（ONC）2]:由硝酸汞与乙醇反应而制得，是最古老的起爆药，对火焰、针刺、撞击均有较高的敏感性。因其安定性较差且有剧毒.已为叠氮化铅所代替。B.叠氮化铅[Pb（N3）2]:由叠氮化钠与硝酸铅反应制得,是近年常用的起爆药。为提高其稳定性,适应武器性能的要求,使用时常与橡胶、淀粉、羧甲基纤维素等有机物制成胶体叠氮化铅、糊精叠氮化铅、羧甲基纤维素叠氮化铅等。C.斯蒂芬酸铅(THPC):化学名称是三硝基间苯二酚铅,因三硝基间苯二酚又称斯蒂芬酸而得名。对火焰和放电很敏感。D.特屈拉辛，又叫四氮烯:它是不饱和氮氢化合物NH2-NH-N=NH的衍生物,其实验式为C2H8ON10。,对机械激发敏感。常与THPC混合使用。2.猛性炸药猛性炸药即通常讲的炸药,因其爆炸时对周围介质破坏之猛烈而得名。炸药品种很多,通常它可分为单体炸药和混合炸药两类。⑴单体炸药通常使用的单体炸药多是含硝基或含硝酸酯的含氮有机化合物,如梯恩梯（TNT)、特屈儿(CE)、黑索今(RDX)、太安(PETN)、奥克托今（HMX）、六硝基芪（qi）(HNS)、三氨基三硝基苯(TATB)等。A.梯恩梯(TNT):化学名称:2，4，6一三硝基甲苯，因其外观为淡黄色，所以又叫黄色炸药。它是具最广泛用途的炸药之一。通常用它作为衡量和比较炸药爆炸性能的基准，例如，第二次世界大战时美军投在日本广岛原子弹的爆炸力“相当于2．5万吨TNT炸药”。B.特屈儿(CE):化学名称:2，4，6一三硝基苯甲硝胺，其威力大于TNT，但毒性较大。常用作传爆药或与TNT混合使用。C.太安(PETN):化学名称:季戊四醇四硝酸酯。是硝酸酯炸药中化学性质最稳定的一种。其爆轰感度较高，在大量含水情况下仍能爆轰。用途与黑索今相似。D.苦味酸:化学名称:2，4，6—三硝基苯酚。是一种最老的猛性炸药。因其敏感度太高，且极易与金属生成对撞击与摩擦敏感度极高的苦味酸盐，因此已逐渐被TNT或其他炸药代替。⑵混合炸药由于大多数的单体炸药不能很好满足实际应用的要求,所以在实际应用中,多用混合炸药,以取各单体炸药之长、补各单体炸药之短。A.黑梯炸药又称赛克洛托,由黑索今与梯恩梯混合组成。如在其中再掺入些铅粉,则能显著提高其爆热性能,增爆炸时穿甲能力。B.奥克托儿由奥克托今与梯思梯混合组成。具较高威力。C.塑料粘结炸药是一种新型高能混合炸药。它一般以黑索今、太安、奥克托今等高等炸药为主体,以高聚物为粘结剂制成。有的还加入增塑剂及其他助剂,以改善炸药的性能。D.塑胶炸药又叫塑性炸药。是在炸药中加入10％左右塑化剂制成。它的特点是可以任意改变炸药的形状并粘附于被爆炸物上,因此使用方便。E、燃料空气炸药是以燃料为主成份。第一次引爆时将燃料分散于空气中形成雾状分散体并与空气的氧充分混合,第二次引爆,则燃料与氧的混合体发生爆轰,可产生大面积杀伤破坏效应。此类炸药已于20世纪70年代用于实战。3.烟火药烟火药是一类特殊的炸药。虽然它在一定条件下也会起爆(比一般炸药弱),但它主要通过燃烧反应而产生烟火效能(如照明、信号、燃烧等)。烟火药是由易燃物、氧化剂和粘合剂组成的混合物。易燃物通常是用树脂、油、淀粉等有机化合物及某些金属硫化物及硫、磷、铝、镁或铝镁合金〔1:1)等。氧化剂通常采用氯酸盐、硝酸盐、过氯酸盐、某些金属氧化物或过氧化物。粘合剂主要是保证压好的烟火药制品有适当的机械强度,如用酚醛树脂、糊精、虫胶、松香、阿拉伯树胶等。材料—人类社会发展的里程碑新材料—现代科学技术和社会发展的基础和支柱化学（物理化学）—材料科学技术的理论基础.三材料在军事中的应用有哪些材料在军事中得到应用1.金属材料（metals&alloys)●一般有良好的可塑性、较好的机械性、具有良好的导电、导热性能和易氧化腐蚀性、高延展性,有高冲击和断裂韧性等性质。金属材料一般多以合金的形式使用。◆什么是金属材料●金属材料是以金属元素为基础的材料.◆金属材料有哪些特点◆金属材料在军事中的应用航母装甲车飞机人造卫星现代社会各种新型金属材料

轻质合金(lightalloys)轻质合金:由轻金属(Al,Mg,Ti,Li等)形成的合金材料..硬铝合金:经热处理提高强度的变形铝合金,其制品的强度和钢相近,而质量仅为钢的1／4左右,但耐腐蚀性较差.如Al-Cu-Mg,Al-Cu-Mg-Zn等.防锈铝合金:用压力加工法提高强度的变形铝合金,可耐海水腐蚀,可用于造船、军舰、航母等.如Al-Mn,Al-Mg等铝锂合金:锂是最轻金属,其密度为0.534g/cm3,是铝的1/5,钢的1/15.飞机上改用铝锂合金后,重量可减轻8％~16％.如B737可减重2178kg,B747SP可减重4200kg

钛铝轻质合金:钛与Al,V,Cr,Mo,Mn和Fe可形成置换固熔体或金属间化合物而使其强度提高.具有强度高,密度小,抗磁性,耐高温,抗腐蚀等优点,是宇航工业的重要结构材料.钛合金与人体有很好的“相容性”,因此可用来制造人造骨钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料,它具有很多优良的性能。尤其是抗腐蚀性能非常好,即使把它们放在海水中数年,取出后仍光亮如新,其抗腐蚀性能远优于不锈钢,因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机船舶、化工和通讯设备等

形状记忆合金(shapememoryalloy)形状记忆效应-指合金材料在一定条件下,变形后能恢复到变形前原始形状的能力.这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构,在某一转变温度发生相转变1951年,美国人,Au-Cd合金有记忆形状的特性.现已发现多种合金系统,In-Tl、Ni-Ti、Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金具有传感和驱动双重功能,是一种智能材料,可广泛应用于宇航,自控,医疗和生活等领域用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线,水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关,以及牙齿矫正等医疗材料低温下

贮氢合金

(hydrogenstoragealloy)贮氢合金贮运氢气,既轻便又安全,作为一种新型贮能材料具有极为广泛的应用前景.贮氢合金:某些过渡金属、合金和金属间化合物,由于其特殊的晶体结构,使氢原子容易进入其晶格的间隙中并形成金属氢化物,氢与这些金属的结合力很弱,但贮氢量很大,可以贮存比其本身体积大1000~1300倍的氢,加热时氢又能从金属中释放出来.储氢合金的应用主要由钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土系储氢合金

重要应用利用储氢合金制造镍氢电池用于生产航空电池等

耐热合金

(heatresistantalloy)耐热合金:能在高于700℃条件下工作的金属合金.“耐热”是指材料在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性.通常是由第ⅤB~ⅦB和Ⅷ族高熔点金属形成包括铁基,镍基,钴基,铌基和钨基等合金用途:广泛应用于制造航母的涡轮发电机,各种燃气轮机热端部件等巨磁阻效应合金在一定磁场下材料电阻改变的现象称磁电阻.巨磁阻是指在一定磁场下电阻急剧减小的现象.比一般磁性合金强10多倍.1994年IBM公司研制成功巨磁阻效应的读出磁头,磁记录密度提高17倍,达5Gbit/in2,现超过11Gbit/in2.巨磁阻效应合金应用:在高密度读出磁头,磁存储元件等领域有广泛用途.还可用于无电源随机存储器,微弱磁场探测器2.半导体材料(semiconductingmaterial)半导体材料:室温电阻率为10-4~1010·cm,依靠电子和孔穴这两类载流子的迁移实现导电的材料.半导体材料类型:元素半导体:包括Si,Ge,Sn,P,As,Se等,但实用的纯单质只有Si和Ge.均使用其高纯单质。如大规模集成电路使用的硅纯度超过99.9999999,现已能制得14个9的单晶硅.在军事中的应用:用于集成电路、制造太阳能电池、军用天线等3.高分子材料高分子材料学科的基本任务是:研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系;探索加工工艺和各种环境因素对高分子材料性能的影响;为改进工艺,提高高分子材料的质量,合理使用高分子材料,开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据.高分子材料学科是一门年轻而新兴的学科,它的发展要求科学和工程技术最为密切的配合,它的进步需要跨部门、多学科的最佳协调和共同参与.（1）.橡胶防护与伪装制品如在化学战、生物战和核战中使用的各种防毒面具、防毒衣、防毒斗笠、防毒手套、防毒靴套；防险救生用的橡皮艇、橡皮筏；三防(防核、防生物、防化学武器)工事中的所有密封器材；设置假目标中模拟人、车、火器制品等等。（2）.合成纤维防护与伪装制品例如,防止子弹或弹片对躯体造成伤害而设计创作的防弹衣,其中衣套一般是用防缩水的涤纶等合成纤维制成,而防弹层则用多层的凯夫拉尔或尼龙等合成纤维制成；飞行员穿的救生防护加压服往往也是用合成纤维（如芳纶）材料制成的；降落伞早先是真丝制品,近年也已用尼龙、丙纶等合成纤维制造；巡障伪装器材中常用的伪装网、伪装盖布等,多用尼龙、氯纶作材料；单兵伪装用的伪装衣(如能对付光学侦察的伪装衣、雷地伪装衣等)、钢盔罩等也是用合成纤维组成的。（3）.塑料防护与伪装制品塑料制品在防护与伪装器材中比比皆是,例如战斗人员戴的头盔、钢盔已逐渐被增强塑料所代替,其强度不低于钢盔而重量却轻许多。（4）.迷彩伪装材料迷彩伪装材料主要是光学迷彩涂料,它包括耐久性光学迷彩涂料(如用于金属表面的醇酸树脂涂料、用于织物表面的丙烯酸树脂涂料),临时性光学迷彩涂料(如水溶性涂料,油溶性涂料等)。此外，军事工程装备，其中包括工程侦察器材(如观察器材、测绘器材、照相与录音器材)、地雷战器物(如各种地雷、布雷器材、探雷器材、扫雷器材)、爆破器材、渡河器材(如各种舟桥、轻型渡河门桥)、前述的防护与伪装器材等等，许多都是用有机合成材料制成的。至于海军的各种帆缆器材(如帆布制品类、绳索类、涂料类、桥帜类、清洁用品类、化验化器类等等)出于要求多能、长效耐用、轻便、简化.就更多处采用广告成型料、合成纤维、和各种天然与合成橡胶材料了。4.复合材料金属材料易腐蚀;高分子材料易老化,不耐高温;无机非金属材料韧性差,易碎裂.三者优化组合,制备性能优异的复合材料.复合材料大多是以连续相存在的基体材料和分散于基体中的增强材料组成.增强材料:能提高材料基本力学性能的物质.包括粒子和纤维.无机纳米粒子具有更高的增强增韧效应;纤维具有良好的刚性和抗张强度.在体系中构成复合材料的骨架,决定材料的刚性和强度.基体材料:使增强材料粘合成型,且对承受的外力起传导和分散作用.21世纪是复合材料的世纪.陶瓷基复合材料

陶瓷包埋纤维或晶须复合材料可大幅度提高材料的韧性.

法国长纤维增强碳化硅:应用于制造高速列车的制动件.

美国陶瓷基复合材料应用于制造涡轮发动机.

我国碳纤维增强石英复合材料,为我国航天事业“再返大气层的超高温防热问题”,提供了关键材料.某些新型陶瓷能承受高温、强度高氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200℃左右的高温下,仍具有很高的强度,可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。5.纳米材料科学技术纳米材料即是由纳米结构形成的材料,包括纳米粒子、纳米管以及纳米结构按一定方式堆积或在一定基体中分散形成的宏观材料,如纳米块体材料和纳米复合材料等.纳米材料学(nanomaterialscience)是研究纳米材料的制备、结构与性能的关系及其应用的科学,是物理学、化学和材料学的交叉研究领域,是纳米科技的重要组成部分和中心环节.纳米材料学是原子物理、凝聚态物理、胶体化学、固体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学交叉汇合而出现的新学科生长点.★

在战争中以毒性杀伤人、畜和破坏植物的化学物质叫毒剂。四化学武器化学武器★装有毒剂的武器、器材统称为化学武器。★中毒途径多

化学武器的特点化学武器★杀伤范围广★持续时间长化学武器分类:神经性毒剂（沙林、VX、梭曼、塔崩）糜烂性毒剂（芥子气、路易氏气）全身中毒性毒剂（氢氰酸、氯化氰）窒息性毒剂（光气、双光气）失能性毒剂（BZ）刺激性毒剂（CS、苯氯乙酮、亚当氏气）植物杀伤剂化学武器战史◆一战中的化学战◆二战中的化学战◆二战以来局部冲突中的化学战化学战史1917年7月12日德军在比利时伊珀尔地区对英军进行了芥子气炮击,10天内共发射约100万发,造成20000人伤亡。使用芥子气的三周里消耗芥子气2500吨,造成的伤亡是一年前的总和。一战中交战国共生产毒剂约15万吨,其中大部分用于战场,使用化学武器共造成130万人伤亡,其中9万人死亡；涉及氯气、光气、双光气(“绿十字”毒剂)、氨气、芥子气等40多种毒剂。一战中的化学战化学战史二战中使用化学武器的事件◆欧洲战场——1939年波军少量布洒芥子气、1942年德军在克里木半岛对苏联使用化学武器、1943年盟军在意大利安齐奥滩头化学弹药堆积处被击中、1943年巴里港美军化学弹药运输船被击中(2000多人死亡)；◆德军在集中营内使用毒气屠杀战俘和平民；◆太平洋战场——日军在海岛战役中少量用毒、在缅甸作战中使用化学武器；◆中国战场——日军多次使用。化学战史日本侵华战争中的化学战八年侵华战争,日军化学战贯穿全过程,遍及我国18个省区；在正面战场,日军使用化学武器达1668余次,国民党军队中毒4.7万多人,死亡6000人以上；在敌后战场,日军用毒达423次以上,八路军及华北地区中毒3.3万多人。化学战史◆齐会战斗——120师在冀中平原消灭日军最多的一次战斗(700多人),1939年4月23日日军对河北河间县齐会村发动攻击,久攻不下,遂释放毒气,主要是刺激性毒剂（苯氯乙酮,亚当氏剂）,造成500余人中毒。◆北坦惨案——1942年5月27日,日军101师团2000人包围河北定县北坦村,在地道口施放毒剂,使躲藏的群众共800余人被杀害。化学战史日本侵华战争中的化学战二战以来局部冲突中的化学战朝鲜战争（1950－1953）美国军队违犯战争法规,多次对中国人民志愿军和朝鲜军民实施毒气袭击。1952年2月～1953年6月,美军采取炮击和空投的方法,对志愿军防御地区进行毒气袭击101起,施放化学毒剂有17种(其中糜烂性6种,窒息性2种,血液与神经中毒性3种,喷嚏性3种,催泪性3种),志愿军部队1095人中毒,其中死亡145人。化学战史美军使用以橙色剂为主的植物杀伤剂造成153.6万人中毒,3000余人死亡；大量使用（刺激剂）催泪剂苯氯乙酮、亚当氏剂、CS等；首次使用失能剂BZ,对神经性毒剂VX进行野外试验。越南战争（1961－1975）化学战史二战