爆轰过程中游离碳的状态研究

目的 研究高密度负氧平衡炸药爆轰过程中游离碳的状态。方法 结合爆轰合成纳米金刚石数值结果以及对固相爆轰产物的实验研究,对爆轰过程中游离碳的状态进行讨论。用具有明确物理意义和纯石墨,金刚石,超微金刚石和类液碳的状态方程对多种炸药的爆速进行计算。结果与结论 用超微金刚石和类液碳的状态方程比用纯石墨和金刚石的状态方程预报的炸药爆轰参数更接近实验值,证明高密度负氧平衡炸药爆轰时ＣＪ点上游离碳主要是以液态或     

PETN炸药爆轰参数的数值模拟

用吉布斯自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解PETN炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近.用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算碳的Gibbs自由能,以WCA状态方程作为爆轰气相产物的物态方程,对PETN炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好.     

影响超细金刚石尺寸长大的限制机理

负氧平衡炸药爆轰产物中未被氧化的游离碳，在反应区内高温高压的作用下可以转化为纳米级的超细金刚石，这一过程可以近似用液滴的快速聚集动力学理论来描述。本利用炸药爆温以及小粒子性质研究了超细金刚石生长过程中受到的尺寸限制条件。结果表明，超细金刚石粒子的准熔化相区域可能是影响其生长的限制条件，有关超细金刚石生长时间的估算支持上述结论。     

含铝炸药爆轰数值模拟研究

对含铝炸药25nm和50nm圆试验进行了二维爆轰数值模拟,标定了含铝炸药JWL状态方和反应速率方程参数,为检验含铝炸药爆轰模型及其相关参数的合理性,对含铝炸药驱动金属平板试验进行了二维爆轰数值模拟,得到了与实验值相符合的结果,分析了铝粉在炸药爆轰中的反应情况和约束条件对含铝炸药爆轰性能的影响。结果表明,铝粉主要在爆轰后期与炸药爆轰产物反应释放能量。     

石墨对混合炸药爆轰流场影响数值模拟研究

为研究石墨颗粒对混合炸药爆轰性能及爆轰传播的影响,运用有限元分析软件建立了混合炸药二维平面细观结构模型,对不同石墨含量、粒度混合炸药的爆轰传播过程进行了数值模拟,结果表明,爆速的模拟计算结果与实验规律一致,沿着爆轰传播的方向,石墨颗粒内部压力逐渐提高,周围炸药的压力也逐渐升高,形成了特殊的爆轰流场压力分布.      

铝质量分数对CL-20基炸药驱动筒壁能量输出结构影响

为探究铝粉质量分数对六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基炸药在爆炸驱动筒壁过程中能量输出结构的影响,考虑到筒壁及爆轰产物的轴向运动,基于微元法和爆轰产物状态方程建立了爆炸驱动过程中的能量输出模型. 设计了2种不同铝质量分数的CL-20基炸药（CA5、CA30）和对应的含氟化锂炸药（CF5、CF30）,开展直径50 mm的标准圆筒实验,应用光子多普勒测速仪记录圆筒壁膨胀速度. 计算结果表明:圆筒壁膨胀过程中,基体炸药质量分数由89%降至64%时,CL-20基含铝炸药和含氟化锂炸药驱动金属的能力降低;铝粉质量分数由5%增加到30%时,膨胀结束时刻的内能随之增加;不同氟化锂质量分数的CL-20基炸药能量转化率在93%左右,该值均高于对应的含铝炸药.      

α-AlH3对凝聚相炸药能量输出的影响

向凝聚相炸药中添加α-AlH_3会使爆轰产物中的氢气含量迅速增加,增加气态爆轰产物的量。为了研究α-AlH_3对凝聚相炸药能量输出的影响,制备了含α-AlH_3的HMX基炸药,研究了其能量输出规律。研究表明,与同质量分数的含铝炸药相比,含α-AlH_3炸药爆轰冲击波的加载能力和爆轰产物膨胀做功能力较弱,爆轰产物在膨胀后期做功较多,二者对外输出的总能量相当。     

基于爆轰产物膨胀驱动金属加速能力的评定方法

研究炸药爆轰驱动与加速金属能力的表征与评定方法,为炸药的选型与应用等提供理论和技术支撑。基于瞬时定容爆轰和产物等熵膨胀假定,分别采用多方指数型状态方程和JWL状态方程推导了爆轰驱动与加速金属的驱动压力模型和驱动能量模型;采用所得到的模型对6种典型炸药进行了计算,并分析了驱动压力和驱动能量随爆轰产物膨胀进程的变化规律;在此基础上,提出了表征与评定炸药爆轰驱动与加速金属能力的参数——驱动压力指数(Kp)和驱动能量指数(KE)。研究结果针对炸药爆轰驱动与加速金属的能力提供了定量表征与评定方法,为炸药爆轰性能和驱动与加速金属能力的关联性给出了理论依据。     

人工合成金刚石的体扩散机制

本文研究了在合金触媒参与下石墨转变为金刚石的机理。认为在超高压高温条件下,石墨以碳原子集团的形式扩散到溶剂合金中,形成似胶体溶液的扩散区。在合金触媒的催化作用下,正离子化的碳原子集团相变成金刚石结晶基元。结晶基元达到过饱和时,经体扩散在合金与石墨的界面上形核生长,沿金刚石[111]和[100]方向长大,长成立方-八面体。     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

爆轰法合成超细金刚石物理化学模型的探讨

研究用爆轰法合成超细金刚石过程中金刚石微粒经历的物理、化学过程方法从前人和作进行的实验所获得的现旬有与数据中总结出现物、化学过程模型,从基本热力学关系上用相关数据证明液相碳存在的可能。     

用Lagrange分析方法确定固体炸药基于JWL状态方程的反应速率方程

利用Lagrange实验结果和改进的Lagrange分析方法,对固体炸药在动高压流场中的本构方程进行了整体标定.未反应炸药和已反应产物都采用JWL状态方程.分析得到了每个Lagrange位置上的压力p,质量速度u,比容v,比内能随e时间的变化过程,同时可标定基于JWL状态方程的固体炸药的点火与增长型反应速率方程.标定的JWL状态方程和点火与增长型反应速率方程具有良好的相容性,参数可以直接用于动力学计算程序LS-DYNA3D.本文对铸装TNT炸药的二维起爆过程进行了计算.     

Study on growth of coarse grains of diamond with high quality under HPHT

The growth of coarse grains of diamond was observed with graphite as carbon source and Fe₈₀Ni₂₀ alloy powder as catalyst at HPHT in a China-type SPD 6×1670T cubic high-pressure apparatus with highly exact control system. To synthesize coarse grains of diamond crystal with high quality, advanced indirect heat assembly, powder catalyst technology and catalyst with optimal granularity were used. Especially the nucleation of diamond and the growth rate were strictly controlled by the optimized synthesis craft. At last, diamond crystals (about 0.85 mm) in the perfect hex-octahedron shape were successfully synthesized at ~5.4 GPa and ~1360℃ in 60 min. The characteristic of crystal growth with powder catalyst technology under HPHT was discussed. The results and techniques might be useful for production of coarse grains of diamond.     

真空条件下的金刚石成核

本文讨论了在真空状态下,碳离子淀积时产生金刚石成核的机理,作者认为高速运动碳离子打在非晶碳膜上产生了小范围的局部压力和热量.正是这个压强和高温使小范围内的非晶碳处于金刚石稳定的热力学状态.在此条件下小的金刚石核形成,同时经过迅速冷却保留下来.     

聚乙烯促进低压气相金刚石成核的机理

研究了在微波等离子体化学气相沉积条件下，聚乙烯对金刚石在单晶硅衬底上形核的影响，发现预发覆在硅衬底的聚乙烯显著地促进了金刚石的形核；提出了聚忆核的机理和具有ＳＰ＾３杂化结构的含碳活化粒子饱和度概念及其促进金刚石形核的观点。     

基体预处理方式对合成类金刚石薄膜的影响

研究了不同的钛基体预处理方式对先驱聚合物合成类金刚石薄膜的影响,结果表明8字形研磨和平行研磨方式处理的基体上都长出了类金刚石薄膜,但是其表面形貌有很大的差别,平行研磨方式处理基体表面所引入的缺陷有利于金刚石相形成：引入中间过渡层镍Ni,可以增强薄膜与不锈钢基体的结合力,有利于金刚石的生成,XRD谱中可以看到弱的金刚石衍射峰;讨论了类金刚石薄膜中金刚石晶体生长的机制。     

卸载熔化状态铁/蓝宝石界面温度测量及其相变动力学研究

本文主要是研究金属铁经历冲击-卸载到熔化压力区,其内部发生熔化相变时,铁/蓝宝石界面的辐亮度和温度随时间演化特性,发现辐亮度随时间持续增强而界面却经历了一个慢降温过程,该特征与无相变或瞬时相变的热传导模型结论不一致,即无熔化相变或瞬时相变时,界面温度是一个稳定值.本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释.模型计算所给出的温度历史与观测结果一致,由此可以校对其它测量或者计算熔化温度的方法和模型计算的结果,并能够初步限定出该压力下铁的熔化成核速率和径向长大速率.     

Valance electron structure of carbide-diamond interface and catalytic mechanism for diamond synthesis under high-pressure and high-temperature

The metallic films surrounding a synthetic diamond formed under high-pressure and high-temperature (HPHT) in the presence of Fe-based and Ni-based catalysts were studied by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). It was showed that the carbide was the primary carbon source for the nucleation and growth of diamond. Based on the EET (empirical electron theory in solid and molecules) theory, the valence electron structure of interface between carbide (Fe₃C, Ni₃C, (Fe, Ni)₃C) and diamond was calculated using the bonding length difference (BLD) method. The boundary criterion of Thomas-Fermi-Dirac-Cheng (TFDC): “the electron density being equal on the contacting surfaces of atoms” was applied to analyze the valence structure of carbide-diamond interface. The result based on the calculation valance electron structure is in good accordance with the experimental result. This study is very helpful to reveal the catalytic mechanism of diamond nucleation and growth and design the new catalyst for diamond synthesis.