论文部分内容阅读
高聚物粘结炸药(PBX)是由炸药晶体、粘结剂、增塑剂等组成的固体炸药,其具有可塑性强、高能量密度及钝感等优点,在军用和民用领域都有广泛的应用。PBX是由炸药晶体、粘结剂等在一定温度压力下压制而成的复合材料,受材料性质及制备工艺的影响,PBX内部会存在大量裂纹、孔洞等缺陷。PBX内部微观结构的差异将对其宏观性能如安全性、爆轰性能、机械强度等产生明显影响。因此研究外界作用下PBX内部微缺陷的变化规律具有重要意义,这将加深对此类复合体系的结构及性能变化的认识,为含能材料的宏观性能评估以及材料微观结构模拟提供基础参数。奥克托金(HMX)是众多硝胺类炸药中的一种,其能量密度较RDX更高,在军用、民用领域都有广泛应用。由其制备的HMX-PBX在地震、撞击、火烧等意外情况下的内部微观结构变化将影响到材料的使用安全性,其中HMX-PBX的热损伤研究一直倍受关注。HMX-PBX内部的HMX颗粒通常为稳定的β相,当外界温度升高时,HMX将转化为最不稳定的δ相,同时加温过程中的热膨胀、热分解、粘结剂结构变化将造成HMX-PBX内部孔洞、裂纹等缺陷增多。小角散射可以获得材料内部微观结构的定量信息,通过小角散射分析可以获得材料内部纳米尺度范围内的微结构形态、尺寸、分布等各种信息,是分析含能材料微观结构的独特工具。本文通过小角散射对温度作用的HMX-PBX内部微观缺陷进行了分析,通过原位小角散射技术观测了HMX-PBX内部微观缺陷随温度的变化规律：采用x射线小角射线散射结合原子力显微镜测量了热损伤HMX的微观缺陷。结果显示HMX样品在180O℃温度处理后散射强度明显增大,分析显示其内部生成了大量10nm左右的孔洞,随着加温时间的延长,这些孔洞逐渐增大,孔洞含量逐渐减少。在190℃、2000℃加温5h后,HMX内部会产生尺寸越5-8nm的新缺陷,随着加载温度升高,其数量密度逐渐增加。选择了两种颗粒度存在差异的HMX颗粒制备的HMX-PBX(编号：FHP, HMX颗粒尺寸40um;LHP, HMX颗粒尺寸100um),用X射线小角散射分析了样品内部微缺陷随温度的变化规律。结果表明样品在加热温度为160℃时,LHP内部微结构变化不明显,而FHP样品内部孔洞含量减少。当加热温度为180℃时,FHP和LHP内部孔洞含量明显增多,而孔洞的平均尺寸从45nm减小到25nm,而LHP内部孔洞含量在180℃保温1h后增加到最大,而FHP内部孔洞含量在保温3h后达到最高。200℃加热的FHP和LHP样品在保温1h和3h后内部孔洞明显增加。利用x射线小角散射技术原位观测了HMX-PBX的微孔洞随温度的变化规律,实验获得了加温和冷却过程中的微孔洞尺寸分布和界面面积信息。HMX-PBX的界面面积在100℃明显减少,表明材料内部的粘结剂在融化之后会填充材料内部孔洞；降温之后样品内部界面面积随着保存时间的增加而缓慢增高,小角散射分析发现材料内部有直径约30nm左右的新缺陷生成,其与降温后的EMXδ-β相变有关。