高品質(zhì)HMX在壓裝PBX中的晶體損傷研究.pdf

1、壓裝型高聚物粘結(jié)炸藥(Polymer Bonded Explosives，PBX)具有主體炸藥含量高、力學(xué)性能優(yōu)良、爆轟性能好、工藝簡單、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代先進(jìn)戰(zhàn)斗部中得到廣泛應(yīng)用。壓裝型PBX在成型過程中需要經(jīng)受高溫高壓的作用，在藥柱內(nèi)部會產(chǎn)生炸藥晶體的破損或斷裂、炸藥晶體與粘結(jié)劑的界面脫粘等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致PBX藥柱內(nèi)部形成損傷和裂紋，這種微觀層面的損傷和裂紋不僅對PBX藥柱的力學(xué)性能會有顯著影響，而且會對藥柱的安全性能產(chǎn)生顯著

2、影響。通常PBX藥柱內(nèi)部缺陷來源主要包含兩類，一是炸藥原材料內(nèi)部的孔洞、裂紋等初始缺陷，二是在壓裝成型過程中產(chǎn)生的新的損傷。因此研究PBX藥柱內(nèi)部的損傷形成機(jī)制和演化機(jī)制對于深入研究PBX的安全性、力-熱作用下的反應(yīng)機(jī)制具有重要意義。
　　為了提高武器彈藥在戰(zhàn)場環(huán)境下的生存能力，如何提高武器系統(tǒng)的安全性—直是國內(nèi)外含能材料領(lǐng)域研究者的關(guān)注焦點(diǎn)。高品質(zhì)炸藥的研制和應(yīng)用是提高炸藥安全性的重要途徑，應(yīng)用高品質(zhì)炸藥作為PBX的主炸藥可以有

3、效減少原材料的初始缺陷。本論文針對國內(nèi)外使用廣泛的奧克托今炸藥(HMX)，深入研究HMX的晶體特性對壓裝PBX在成型過程中損傷的形成和影響規(guī)律，并探索降低炸藥晶體在壓制過程中損傷產(chǎn)生的途徑，以期得到影響損傷程度的因素和規(guī)律。
　　本論文以普通商用HMX和高品質(zhì)HMX為研究對象，采用單軸壓縮、聲發(fā)射技術(shù)、多種顯微觀測技術(shù)、定量表征手段和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了HMX晶體在壓制過程中的損傷機(jī)制，主要取得了以下結(jié)果:
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4、)利用多種顯微觀察技術(shù)，如掃描電鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡(OMS)和偏光顯微鏡(PLM)等，并結(jié)合顆粒粒徑統(tǒng)計(jì)分析、小角X射線散射技術(shù)(SAXS)，光電子能譜(XPS)、毛細(xì)滲透法等手段，對不同配方的PBX中的HMX晶體顆粒的損傷和影響因素進(jìn)行了研究分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，普通HMX和高品質(zhì)HMX在同等壓力下(40kN)發(fā)生的損傷程度相似;壓力越高，HMX顆粒的破碎越嚴(yán)重，但隨著壓力的升高，損傷增加的趨勢逐漸減緩;炸藥顆粒集聚體的力學(xué)強(qiáng)度與粘結(jié)

5、劑的包覆協(xié)同影響顆粒損傷的產(chǎn)生，當(dāng)炸藥顆粒粒徑小或有級配時，其力學(xué)強(qiáng)度大，粘結(jié)劑的包覆度高，晶體損傷也相對較小，因此欲減少炸藥顆粒在壓制過程中的損傷，應(yīng)多考慮小顆?；蚣壟溲b藥作為主體炸藥;TATB的加入可以提高藥柱的成型性，并在壓制過程中起到潤滑效果，減少HMX晶體壓制損傷的產(chǎn)生。
　　(2)采用聲發(fā)射方法研究HMX顆粒聚集體在單軸壓縮過程中的損傷形成機(jī)制。聲發(fā)射在線監(jiān)測結(jié)果記錄了炸藥顆粒在壓制過程中重排、斷裂等行為發(fā)生的規(guī)律，表

6、明HMX炸藥顆粒集聚體在升壓—保壓單軸壓縮中，能量累積—斷裂重排—能量累積的循環(huán)狀態(tài)導(dǎo)致聲發(fā)射信號的不連續(xù)性;隨著壓力的升高，聲發(fā)射信號密度和強(qiáng)度都有所加強(qiáng)，表明壓力越高晶體損傷越嚴(yán)重;保壓階段，聲發(fā)射信號迅速減少，表明HMX晶體壓制損傷的出現(xiàn)大多集中在升壓過程中。
　　(3)使用VASP軟件對HMX單晶進(jìn)行了等比壓壓縮模擬，得到了HMX單晶的壓縮特性曲線，與實(shí)驗(yàn)值符合較好;并且發(fā)現(xiàn)高壓下(33.74GPa) HMX晶胞中O原子的