混合炸药的能量设计突破了传统体系的封闭性,设计开发氧化剂—可燃剂非理想炸药是提高炸药能量水平的重要途径,具有高氢含量和高热值的轻金属氢化物有希望成为新型混合炸药可燃剂。氢化锂（LiH）以及硼氢化锂（LiBH₄）具有储氢量大、反应活性高、燃烧热高等特点,在炸药配方中可提高黑索金（RDX）、奥克托金（HMX）、高氯酸铵（AP）的反应性,进而改善其能量释放。本文以LiH、LiBH₄为高能添加剂,以RDX、HMX、AP为主体炸药组分进行研究。针对含轻金属氢化物炸药设计中存在材料安定性不足的问题,首先分析了惰性高分子材料包覆隔水机理,在此基础上使用聚碳酸酯（PC）和石蜡对LiH以及LiBH₄表面进行了包覆研究,提高了安定性。然后,分别通过分子动力学模拟方法、差示扫描量热法（DSC）、X-射线光电子能谱法（XPS）、微量热法、热烤燃法等多种手段,研究了LiH、LiBH₄与RDX、HMX、AP不同对象之间的相互作用机理,并设计了炸药结构和配方,研究了其爆炸性能规律,获得并分析了爆炸冲击波超压、冲量等相关爆炸参数。主要研究内容如下:1.为解决LiH、LiBH₄环境稳定性差,采用分子动力学法研究了水分子在惰性包覆材料聚一氯代对二甲苯（PPXC）、聚碳酸酯（PC）表面的吸附情况,同时对其疏水的机理进行了研究。在此理论预测基础上,以PC和炸药常用惰性粘结剂石蜡为包覆材料,分别对LiBH₄和LiH进行了表面多层包覆改性。分析测试结果表明,在LiBH₄、LiH的表面包覆了一层致密有机膜;聚碳酸酯（PC）和石蜡的包覆对其晶型和热力学性能并没有产生明显的影响;惰性材料对LiBH₄的表面相对包覆率是98%,空气中稳定性提高了66%,包覆后LiH的稳定性提高了40%,为其下一步使用奠定了一定的基础;2.采用分子动力学方法研究了HMX/LiH/包覆材料（石蜡、PC、PPXC）体系界面的相互作用。通过比较分子间结合能、分子间作用方式和各项力学性能,评价包覆材料的添加对炸药体系的延展性和韧性效果的改善机理,以及组分之间分子水平作用机理。PC中的H原子与Li原子之间、PC中羰基O原子与HMX分子中H原子之间的氢键作用较强,是其主要的结合形式;3.分析了LiH、LiBH₄对RDX、HMX和AP热分解机理的影响。结果表明,一定量LiBH₄的加入改变了RDX热分解机理,RDX没有经过熔融过程直接分解了,同时起始的分解温度提前了50℃左右。LiBH₄和RDX之间存在两个反应阶段。首先,释放的氢催化RDX的分解反应,然后RDX和LiBH₄各自的降解产物彼此反应;而LiH的加入对RDX的熔融过程和分解峰峰温影响不大,但高含量的LiH对RDX放热峰的峰温和峰形均有较大改变。添加5%的LiH后,AP分解峰即提前了82.4℃,随着添加量增加,分解峰温向低温偏移。表明AP/LiH具有较强的反应活性。而LiH或LiBH₄对HMX的熔融过程和分解峰峰温影响不大。对LiH和HMX/LiH体系的X射线的光电子能谱（XPS）分析均检测到Li₂CO₃,这是LiH水解的产物。而HMX/LiH经DSC测试后亦出现Li₂CO₃的峰且N元素消失推测是在DSC测试过程中,HMX分解生成CO₂气体,然后与LiH反应生成Li₂CO₃的结果。研究结果表明,LiH、LiBH₄对RDX、AP催化作用较强,包覆后的LiH、LiBH₄与三种炸药组分相容性有一定改善。4.采用微量热法和热烤燃法对AP/LiBH₄体系相互作用性能进行分析。根据微量热法测试分析,质量相同的LiBH₄、AP/LiBH₄混合粉末在100℃以下释放热量基本相同,表明AP与LiBH₄之间没有发生瞬间反应,而主要是LiBH₄自身的水解反应放热。热烤燃法分析表明AP/LiBH₄体系存在两阶段反应。第一阶段是LiBH₄的自身水解,第二阶段则是AP作为一种氧化剂,与第一阶段生成的还原性气体进一步发生反应。AP/LiBH₄药柱的自加速分解温度为270℃,其中热爆炸响应主要是来自于AP的热分解,且AP/LiBH₄混合体系爆炸能量高于AP,为氧化剂—可燃剂体系设计提供了重要依据;5.设计并制备了含LiH和LiBH₄的高能混合炸药,并研究了其爆炸性能。研究结果表明,含轻金属氢化物炸药爆轰冲击波超压在距爆心2⁵m测点处与传统TNT、HMX炸药相比有一定幅度的提升（3%⁸3%）。即时毁伤能力大,其爆炸冲击波速度的衰减更慢。含Li-H化合物炸药爆轰反应时间延长,冲量较传统TNT、HMX炸药有较大幅度的提升。Li₂CO₃粉末是HMX/Li-H含能体系主要固态产物,是Li-H燃烧后的氧化产物。Li₂CO₃的生成及其放热过程可能HMX/Li-H炸药能量提高的原因。