Materiały wybuchowe nowej generacji

stacjonarne

II stopnia

obowiązkowy

wykład 16 godz. / zaliczenie na ocenę

laboratoria 14 godz. / zaliczenie na ocenę

Teoria materiałów wybuchowych: znajomość teoretycznych podstaw inicjacji i przebiegu procesów spalania i detonacji, znajomość podstawowych charakterystyk materiałów wybuchowych i eksperymentalnych metod ich wyznaczania, znajomość termochemii przemian wybuchowych.

Chemia i technologia materiałów wybuchowych: znajomość metod, mechanizmów oraz reagentów wykorzystywanych w reakcjach nitrowania, znajomość metod syntezy, wydzielania i oczyszczania nieorganicznych i organicznych związków wybuchowych, umiejętność projektowania i zestawienia prostej instalacji laboratoryjnej oraz przeprowadzenia syntezy średnio złożonych związków wybuchowych, umiejętność oceny przydatności rutynowych metod i narzędzi do rozwiązania prostego zadania z zakresu syntezy związków wybuchowych, umiejętność posługiwania się aparaturą i urządzeniami pomiarowymi przystosowanymi do badania i analizy związków wybuchowych.

Kierunki studiów:

Chemia

prof. dr hab. inż. Stanisław Cudziło

1 Udział w wykładach: 16

2 Samodzielne studiowanie tematyki wykładów: 30

3 Udział w laboratoriach: 14

4 Samodzielne przygotowanie się do laboratoriów: 30

Godz./ECTS

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 90/3

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 30/1

Zajęcia o charakterze praktycznym: 44/1,5

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 90/3

Przedmiot obejmuje prezentację aktualnego stanu wiedzy z zakresu chemii i technologii nowoczesnych materiałów wybuchowych, prochów i paliw rakietowych. Wykłady i zajęcia laboratoryjne dotyczą w szczególności: (i) małowrażliwych materiałów wybuchowych; (ii) nanostrukturalnych mieszanin wybuchowych, (iii) sposobów flegmatyzacji materiałów wybuchowych; (iv) podstaw krystalizacji materiałów wybuchowych, (v) termobarycznych materiałów wybuchowych; (vi) wybuchowych związków kompleksowych; (vii) wysokoenergetycznych i wysokoazotowych soli i cieczy jonowych oraz (viii) lepiszcz polimerowych wykorzystywanych w materiałach wybuchowych, prochach i paliwach rakietowych.

Wykłady / klasyczny 2-godzinny wykład ilustrowany prezentacjami komputerowymi /

1. Współczesne i przyszłe materiały wybuchowe.

Ogólna charakterystyka i potencjalne zastosowania nowoopracowanych wysokoenergetycznych związków wybuchowych. Wpływ składu pierwiastkowego i struktury cząsteczki na właściwości wybuchowe. Synteza i właściwości wybuchowe pochodnych azoli, azyn, furazanów i furoksanów oraz połączeń poliazotowych (odmian alotropowych azotu).

2. Nowe materiały wybuchowe do małowrażliwej amunicji.

Możliwe narażenia na współczesnym polu walki i wymagania stawiane amunicji małowrażliwej. Składniki mieszanin wybuchowych o obniżonej wrażliwości i ich właściwości. Metody wytwarzania mieszanin wybuchowych i formowania z nich ładunków oraz ocena jakości ładunków i ich odporności na incydentalne bodźce inicjujące o charakterze termicznym i mechanicznym. Kruszące, małowrażliwe materiały wybuchowe z topliwym składnikiem – rozwiązania francuskie, amerykańskie i polskie. Inicjujące materiały wybuchowe do małowrażliwej amunicji.

3. Nanostrukturalne materiały wybuchowe.

Otrzymywanie, właściwości i potencjalne zastosowania nanokompozytów planarnych, metastabilnych intermolekularnych mieszanin wybuchowych (supertermitów) oraz mieszaniny otrzymywanych metodą zol-żel. Charakterystyka wybuchowych nanokompozytów wytwarzanych na drodze samoorganizacji nanoczastek. Otrzymywanie i właściwości mieszanin wybuchowych z dodatkiem nanoporowatego krzemu lub nanorurek węglowych.

4. Sposoby redukcji wrażliwości znanych materiałów wybuchowych.

Podstawy krystalizacji związków wybuchowych. Wpływ warunków procesu rekrystalizacji na morfologię kryształów. Wpływ kształtów i rozmiarów cząstek oraz stopnia ich zdefektowania na właściwości użytkowe. Mikrokapsułkowanie materiałów wybuchowych. Nowoczesne metody sporządzania mieszanin wybuchowych i formowania z nich ładunków.

5. Termobaryczne materiały wybuchowe.

Porównanie wybuchów paliwowo-powietrznych i termobarycznych. Przebieg i chemizmu wybuchu termobarycznego. Ogólna charakterystyka współczesnych termobarycznych materiałów wybuchowych (TBX). Dodatkowe paliwa wykorzystywane w TBX – pierwiastki, stopy i związki międzymetaliczne oraz cząstki aktywowane. Lepiszcza w aluminizowanych PBX i nowych TBX. Składy TBX i konstrukcje nowoczesnych ładunków TBX. Badania ładunków TBX wykonywane w WAT. Materiały reaktywne.

6. Inicjujące materiały wybuchowe z grupy związków kompleksowych.

Najważniejsze, obecnie stosowane IMW. Nowe IMW z grupy związków organicznych. Wymagania stawiane nowym IMW. Związki kompleksowe jako IMW. Kompleksy zawierające: pochodne tetrazolu i triazoli oraz hydrazynę i karbohydrazyd jako ligandy.

7. Wysokoazotowe i wysokoenergetyczne sole oraz ciecze jonowe.

Sole zwierające ugrupowanie triazolowe. Sole zawierające ugrupowanie tetrazolowe. Sole zawierające dianion azotetrazolowy. Sole urotropiny (heksametylenotetraminy). Sole z udziałem ugrupowania tetrazynowego. Sole z udziałem 3,3-dinitroazetydyny. Pikryniany azoli. Sole zawierające ugrupowania poliazotowe. Inne wysokoazotowe sole.

8. Polimery w stałych paliwach rakietowych i w kruszących MW typu PBX.

Polimery w materiałach energetycznych – rys historyczny. Nowe energetyczne termoplastyczne elastomery, ETPEs. Synteza monomerów/prekursorów ETPEs. Synteza i właściwości kopolimerów BAMO-AMMO. Synteza i właściwości polifosfazenów. Plastyfikatory używane w ETPEs.

Laboratoria / zajęcia praktyczne wykonywane indywidualnie przez każdego studenta polegające na zestawieniu aparatury, przygotowaniu odczynników, wykonaniu mieszaniny lub przeprowadzeniu syntezy, wydzieleniu i oczyszczeniu produktu głównego oraz potwierdzeniu jego struktury poprzez pomiar temperatury topnienia lub metodami spektrofotometrycznymi /:

1. Szkolenie z zasad bhp na pracowniach syntezy i badania materiałów wybuchowych (2 godz.).

2. Synteza wybranych wysokoazotowych związków wybuchowych, np. soli azotetrazolu lub pochodnych azoksyfurazanu (4 godz.).

3. Granulacja emulsyjna lub mikrokapsułkowanie materiałów wybuchowych (4 godz.).

4. Otrzymywanie energetycznych związków wielkocząsteczkowych lub ich prekursorów (4 godz.).

1. Artykuły ze specjalistycznych czasopism: Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Journal of Energetic Materials, Combustion and Flame

2. H. G. Ang, S. Pisharath, Energetic polymers, Wiley­VCH, Weiheim 2012.

3. T. M. Klapotke, Chemistry of High-Energy Materials, 6th Ed., Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2022.

4. M. J. Mezger, Energetic Materials, Advanced Processing Technologies for Next-Generation Materials, CRC Press, Taylor & Francis Group, Bo-ca Raton 2018.

5. M. K. Shukla, Energetic Materials, From Cradle to Grave, Springer, Switzerland, 2017.

6. C. E. Needham, Blast waves, Springer-Verlag, Berlin, 2010.

7. U. Teipel (ed.), Energetic Materials, Particle Processing and Characterization, Wiley­VCH, Weiheim 2005.

Symbol / Efekty uczenia się / Odniesienie do efektów kierunku

W1 Ma pogłębioną znajomość rodzajów, sposobów otrzymywania i właściwości materiałów wybuchowych nowej generacji. K_W02, K_W03, K_W17.

W2 Zna najnowsze trendy w chemii organicznej oraz strategię i taktyki prowadzenia syntezy związków wysokoazotowych. K_W03.

W3 Ma rozszerzoną wiedzę na temat technik syntezy organicznej i nieorganicznej, metod wydzielania i oczyszczania wybuchowych związków chemicznych oraz ich identyfikacji z zastosowaniem metod klasycznych i instrumentalnych. K_W04, K_W10, K_W11

W4 Zna metody i sposoby detekcji, analizy i znakowania materiałów wybuchowych. K_W12.

U1 Umie projektować skład i mikrostrukturę materiałów wybuchowych pod kątem optymalizacji efektów działania urządzeń, układów i zespołów zawierających te materiały. K_U03, K_U04.

U2 Umie posługiwać się aparaturą i urządzeniami pomiarowymi przystosowanymi do badania i analizy związków i mieszanin wybuchowych. K_U05, K_U06, K_U07.

U3 Umie korzystać z literatury fachowej, baz danych oraz innych źródeł informacji w celu pozyskania danych niezbędnych do rozwiązania zadania z zakresu otrzymywania nowych materiałów wybuchowych. K_U10.

U4 Potrafi przystępnie przedstawić najnowsze osiągnięcia z dziedziny chemii związków i mieszanin wybuchowych. K_U12, KU_13, KU_15.

U5 Ma świadomość poziomu swej wiedzy i umiejętności oraz potrafi określić kierunki dalszego uczenia się i efektywnie realizować proces samokształcenia. K_U14.

U6 Potrafi pracować w zespole i ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania. K_U16.

K1 Uznaje znaczenie wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych oraz potrafi krytycznie oceniać odbierane treści. K_K01.

K2 Ma świadomość ważności pozatechnicznych aspektów i skutków wytwarzania i użytkowania związków wybuchowych. K_K04.

Przedmiot kończy się zaliczeniem pisemno-ustnym.

Laboratorium – zaliczenie ćwiczenia wymaga uzyskania pozytywnej ocen ze sprawdzianu przed rozpoczęciem ćwiczenia, wykonania ćwiczenia i oddania pisemnego sprawozdania z ćwiczenia.

Zaliczenie przedmiotu wymaga uzyskania pozytywnych ocen z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zdania pisemnego sprawdzianu zawierającego pytania otwarte oraz testowe wielokrotnego wyboru.

Osiągnięcie efektów W1, W2, W3, W4, U3, U4, U5 i K2 weryfikowane jest podczas sprawdzianu końcowego, natomiast efekty U1, U2, U6 i K1 sprawdzane są w trakcie realizacji ćwiczeń laboratoryjnych.

ocena 2 – poniżej 50% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3 – 50 ÷ 60% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3,5 – 61 ÷ 70% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4 – 71 ÷ 80% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4,5 – 81 ÷ 90% poprawnych odpowiedzi;

ocena 5 – powyżej 91% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę, umiejętności i kompetencje przewidziane efektami kształcenia, a ponadto wykazuje zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzonych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy, jest wytrwały w pokonywaniu trudności oraz systematyczny w pracy.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dostatecznym. Samodzielnie rozwiązuje zadania i problemy o niskim stopniu trudności. W jego wiedzy i umiejętnościach zauważalne są luki, które potrafi jednak uzupełnić pod kierunkiem nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie posiadł wiedzy, umiejętności i kompetencji w zakresie koniecznych wymagań.

Na końcową ocenę składają się oceny uzyskane na sprawdzianie końcowym, ocena z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaangażowanie i sposób podejścia studenta do nauki.

brak