HATO晶体形貌、体膨胀系数和力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对比研究了5,5′-联四唑-1, 1′-二氧二羟铵(HATO)、黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)的晶体形貌、体膨胀系数和力学性能。结果表明:HATO晶体形状近似短圆柱体,由4个晶面围合组成;HATO的体膨胀系数与RDX和HMX相比较大,其值随温度的升高而降低;HATO的弹性系数、拉伸模量(E)和体模量(K)小于HMX而大于RDX,其韧性与RDX和HMX相比更强。     

奥克托今/黑索今颗粒炸药在落锤撞击下碎片分布的实验分析

在落锤撞击过程中,奥克托今/黑索今(HMX/RDX)大颗粒的碎片大小和分布是影响热点形成以及燃烧速率的一个重要原因,因此对落锤撞击下碎片大小及其分布的分析是研究落锤撞击下热点形成的一个必要前提。用落锤撞击装置对HMX/RDX大颗粒进行破碎实验分析。运用Mastersizer 2000激光粒度分析仪对破碎后的HMX/RDX碎片样品进行粒度分析,得到了HMX/RDX在不同落锤高度下碎片的分布曲线和碎片平均尺寸。从实验结果发现,随着落锤高度的增加,碎片的尺寸不断减小,但减小的幅值在变小。另外,在同样的落高下,HMX大颗粒的碎片比RDX大颗粒的碎片尺寸大。     

Kawakita模型在含能晶体颗粒压制中的应用研究

不同品质的晶体颗粒其力学性能应表现出某种差异.分别选取三种不同品质的RDX和HMX颗粒集合体进行压缩刚度实验,并采用Kawakita压制模型对压制曲线进行拟合分析,得到评价晶体颗粒力学性能的具有模量量纲的常数.RDX的两种重结晶样品和工业原料样品的拟合常数倒数值分别为13.08,12.16,5.51;HMX分别为11.43,12.57,10.05.选取压制过程中的颗粒破碎阶段的数据进行拟合,得到结果分别为RDX: 9.53,7.86,4.36;HMX: 6.13,6.48,5.56.结果表明,压缩刚度实验的Kawakita拟合常数可以定量比较不同品质样品的力学性能,选取破碎阶段数据的拟合结果更能反映物理本质.     

低速撞击下JO-8和B炸药的响应特性

采用30 kg小落锤对JO-8和B炸药进行了低速撞击加载试验,并对撞击过程和试验后样品分别进行了高速摄影和扫描电镜分析。撞击试验发现JO-8炸药的临界点火阈值为360 N,B炸药的阈值为300 N,这表明JO-8炸药具有更高的抗撞击能力;高速摄影发现两种炸药均经历冲击、塑性流动、飞散、反应等阶段,反应在炸药损伤后发生,JO-8炸药的反应滞后于B炸药;扫描电镜表明,B炸药在低速撞击下的损伤模式以界面脱粘、沿晶断裂为主,JO-8炸药以剪切变形和穿晶断裂为主。B炸药的制备工艺决定了TNT包裹RDX的微观结构,而TNT具有较低的晶体力学性能,导致其在加载下首先发生断裂;JO-8炸药的制备工艺决定了粘结剂包裹HMX晶体的微观结构,粘结剂改善了炸药晶体的脆性特征,致使JO-8炸的损伤模式不同;与B炸药相比,JO-8炸药发生点火延滞的原因在于JO-8炸药具有更高的压缩强度。     

物性对含能材料撞击起爆感度的影响

为了研究物性对含能材料撞击起爆感度的影响,利用WL-1型落锤仪对含能材料AP、HMX、RDX进行撞击感度测试,采用扫描电镜（ SEM）对落锤撞击前后的样品细观形貌进行观测。结果表明：AP塑性强,HMX、RDX脆性强,同等条件下,AP比HMX、RDX容易爆发;AP的撞击感度随着粒度的增大而减小,HMX、RDX的撞击感度随着粒度的增大而增大。可见,选取大粒度AP,小粒度HMX、RDX可有效降低撞击感度。     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、1,1-二氨基-2b,2-二硝基乙烯和黑索今对β-奥克托金晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

采用Material Studio软件和分子动力学(MD)方法模拟了β-奥克托金(HMX)晶体生长形貌。采用双层结构模型,模拟了钝感含能化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)和黑索今(RDX)对β-HMX晶体形貌的影响,以及3种分子对于β-HMX晶面的附着包覆作用。研究结果表明,3种分子都可附着在β-HMX的生长晶面上,其中FOX-7可以较为均匀地附着在β-HMX晶面,有望实现高能钝感包覆,但是对于β-HMX晶体形貌的影响不大;NTO与RDX分子在β-HMX各晶面的结合能存在差异,可一定程度控制HMX的晶形,其中RDX可以使β-HMX晶体形貌趋于球形化。     

相变与微裂纹对HMX晶体高温下撞击感度的影响机制

为了研究高温下炸药撞击安全性中存在的多因素耦合问题,设计了高温炸药撞击感度试验装置,并建立了高温炸药撞击感度试验方法。结合扫描电镜和X射线衍射技术,采用所建立的试验方法,研究了奥克托今(HMX)晶体颗粒高温撞击过程下的响应。结果表明,随着温度升高,HMX晶体颗粒的落锤撞击感度逐渐升高。同时,HMX晶体品质随着温度升高逐渐变差,140℃时有少部分晶体碎裂,180℃时较多的晶体碎裂,当达到200℃时,HMX晶体全部碎裂;HMX的β→δ相变发生在184～186℃。降至常温后δ相晶体逐渐恢复为β相,撞击过程有助于β相的恢复。影响热加载前后HMX晶体颗粒撞击感度的主导因素包括温升、微裂纹和相变,不同影响因素起作用的温度段是不同的。     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯和黑索今对β-奥克托金晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

采用Material Studio软件和分子动力学（MD）方法模拟了β-奥克托金（HMX）晶体生长形貌。采用双层结构模型,模拟了钝感含能化合物3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）和黑索今（RDX）对β-HMX晶体形貌的影响,以及3种分子对于β-HMX晶面的附着包覆作用。研究结果表明,3种分子都可附着在β-HMX的生长晶面上,其中FOX-7可以较为均匀地附着在β-HMX晶面,有望实现高能钝感包覆,但是对于β-HMX晶体形貌的影响不大;NTO与RDX分子在β-HMX各晶面的结合能存在差异,可一定程度控制HMX的晶形,其中RDX可以使β-HMX晶体形貌趋于球形化。     

糖颗粒对HMX和RDX两种单质炸药非冲击点火的影响

为了研究惰性糖颗粒对奥克托今(HMX)和黑索今(RDX)两种单质炸药非冲击点火机理的影响,利用配备了光学观测系统的落锤撞击装置,捕获了含惰性糖颗粒的HMX和RDX经历的破碎、熔化、溅射、点火和燃烧过程。结果表明,在含糖HMX颗粒炸药和含糖RDX粉末炸药中,点火易发生在糖颗粒的周围,燃烧会沿着糖颗粒周围向外部传播;燃烧反应前两者均发生剧烈的溅射现象;含糖HMX颗粒在固相中发生点火;在含糖RDX粉末炸药中,靠近糖颗粒周围的炸药先进入熔融状态,随后熔融区域逐渐扩展,点火点易出现在糖颗粒边缘处的RDX熔融液相中。对比了在HMX/RDX单质炸药中分别加入一个和三个糖颗粒情况下的点火频率,结果表明,三个糖颗粒的情况更容易引起炸药点火;三个糖颗粒由于破碎后产生较多的碎片,其与HMX或RDX单质炸药具有较强的相互作用,可能会在多个位置形成热点,其导致的燃烧反应会比单个糖颗粒的情况更为剧烈。采用上下极限法分析得到,糖颗粒的加入对HMX颗粒炸药的点火具有抑制作用,对于RDX粉末炸药的点火具有促进作用。     

集成器件化纳微结构炸药片制备及性能研究

为满足微型爆炸元件中含能材料集成化的需求,以RDX、HMX 为研究对象,采用溶剂/非溶剂重结晶和软模板方法相结合,得到片状的RDX 和HMX 晶形。用扫描电镜(SEM) 分别观察其表面形貌,发现RDX 片有两种结构:六边形RDX 片晶厚度约3 μm,长在20 ~50 μm 范围内;四边形RDX 厚度约1 μm,长在10 ~50 μm 范围内;HMX 片晶为长方形,厚度小于1 μm,长在3 ~10 μm 范围内。对3 种含能片进行撞击感度和热分解性能测试,结果表明:片状含能材料的撞击感度比类球形含能材料高,但分解放热峰值基本不变化。     

HMX分子与晶体结构性能研究进展

奥克托今(HMX)是目前使用最广泛的含能材料之一。本文综述了HMX的两种分子构象结构、电子结构性质、分子热稳定性以及HMX基晶体的堆积结构和热稳定性的研究进展。从分子角度、晶体堆积结构分析了HMX分子构象稳定性和HMX基晶体热稳定差异的本质,比较了不同分解机理的动力学和热力学数据。认为探索HMX不同晶型转化机理和热力学性质,制备新型HMX共晶并深入理解其形成机制,以及建立更准确的模拟计算方法是未来的研究重点。     

冲击作用下CL-20/HMX共晶力-热-化学耦合响应的动力学模拟

为分析CL-20/HMX共晶和HMX冲击波感度接近的机理,采用反应分子动力学方法(ReaxFF-MD),探讨了有无缺陷CL-20/HMX共晶在冲击加载下的力-热结构变化和初始化学反应,通过动量镜原理与最大压缩点吸收波阵面相结合方式,分析了快速结构响应和随后缓慢化学反应过程。结果表明,冲击加载无缺陷CL-20、HMX和CL-20/HMX共晶时,CL-20的分解速度比HMX快,CL-20/HMX共晶的分解速度与HMX接近;与沿CL-20/HMX共晶[111]晶向加载相比,沿[100]晶向分解更快,这与CL-20和HMX分子层的交替排布及滑移等因素有关。以2 km·s-1的质点速度沿[100]晶向冲击加载含Φ20 nm孔洞的CL-20/HMX共晶时,孔洞周围结构没有产生射流现象,而是粘塑性收缩过程。孔洞塌缩形成的高温高压条件和结构上的粘塑性变形有效促使CL-20和HMX分子发生快速分解,孔洞塌缩新热点的形成进一步增强了冲击加载过程。     

RDX杂质对HMX性能影响的分子动力学研究

为了研究奥克托今(HMX)制备过程中产生的黑索今(RDX)杂质对HMX性能的影响,分别建立了掺杂率为4.17%、8.33%、12.50%和16.67%的四种HMX模型。采用分子动力学方法,计算得到了不同模型的键连双原子作用能、内聚能密度、溶度参数、爆轰参数与力学参数,并与纯HMX相关性能参数进行了比较,结果表明,RDX掺杂缺陷导致炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,减小幅度分别为9.53～36.36 kJ·mol~(-1),0.028～0.135 kJ·cm~(-3);受RDX掺杂缺陷的影响,HMX与氟橡胶(F_(2311))的溶度参数的差值减小,减小幅度为0.51～2.32 J1/2·cm~(-3/2),其密度、爆速和爆压减小幅度分别为1.12%～5.59%、0.84%～4.19%和2.27%～11.14%,爆热略有轻微上升,可忽略;RDX掺杂缺陷还导致HMX的弹性模量、体积模量和剪切模量降低,而柯西压以及体积模量与剪切模量的比值上升,其变化幅度分别为1.04～3.63 GPa、0.58～1.73 GPa、0.42～1.45 GPa、0.35～2.69 GPa和0.11～0.64。这说明,随着RDX掺杂缺陷浓度增大,HMX炸药的安全性能降低、爆轰性能下降、力学性能变差、与F_(2311)的相容性变好。     

I-RDX及其PBX老化研究进展

总结了降感黑索今(I-RDX)及其高聚物黏结炸药(PBX)老化研究成果,从RDX晶体特性及其评价方法、I-RDX及其PBX老化前后的晶体特性、冲击波感度特性方面进行了综述,认为I-RDX晶体中不含奥克托今(HMX)或含有微量HMX、或机械混入少量HMX时,材料老化后的冲击波感度特性没有明显变化,最后对I-RDX晶体中HMX的影响机理进行了讨论。     

一种钝化HMX的性能（英）

Crystal quality and morphology can greatly influence the sensitivity and other properties of energetic crystals. Researches show improving crystal quality of RDX/HMX can reduce their sensitivities. So we prepared a kind of insensitive Beta-octogen fine particle （FD-HMX） by a special crystallization process. In this paper, the crystal qualities and properties of FD-HMX were characterized by scanning electron microscope （SEM）, laser light scattering, density gradient technique, differential scanning calorimetry （DSC）, impact sensitivity test and gap test.     

高温下奥克托今单晶的冲击响应特性

为研究高温下奥克托今（HMX）单晶的冲击响应特性,设计一种能够在平板撞击实验前对炸药单晶加热的装置并利用该装置进行323 K、373 K和423 K初温下HMX单晶平板撞击实验。通过激光速度干涉仪系统（VISAR）获取HMX单晶与窗口界面粒子速度历史曲线,并采用波阻抗匹配原理获得相应弹塑性力学参数。实验结果表明：在约300 m/s撞 击速度下,不同初温单晶与窗口界面粒子速度历史曲线均表现出弹黏塑性双波结构;在较低初温（323 K、373 K）时,Hugoniot弹性极限相差不大,无明显温度相关性,其变形机制无明显变化;在较高初温（423 K）时,Hugoniot弹性极限增大,表现出热硬化效应,其变形机制可能由热激活变为声子阻力控制。