典型高能硝胺炸药HMX热致相变机理和缺陷演化研究

Phase transition is an important internal structural change of explosives induced by external stimulus, which has an important influence on the safety, reliability and performance of the explosive components in weapon system. This projects focuses on thermal phase transition mechanism and defect evolution of the typical nitro-amine compound high explosive HMX. Through the characterization of the phase transition behavior using various in-situ techniques and combination of theoretical simulation and calculation, the mechanism of thermal phase transition of HMX can be explored and demonstrated in the atomic and molecular level. The defects induced by the phase transition will be multi-called characterized by advanced photography and small-angle diffraction techniques, in which the defect evolution law accompany with the HMX phase transition can be analysis. This project will provide a more accurate and thorough understanding of the phase transition mechanism and defect evolution of HMX, which will be helpful for the effective control of explosive crystal stability, sufficient performance of high explosives and the reliability design of weapons. The results can be also applied on the research of the phase transition behavior and mechanism of the other high explosives, e.g. RDX, CL-20 and Fox-7, and other organic crystals.

相变是炸药受外界刺激发生的重要微观结构变化，对武器系统中炸药部件的安全性、可靠性和做功性能具有重要影响。本项目拟针对典型的多晶型高能硝胺炸药HMX，采用多种原位技术对HMX热致相变行为进行表征，并结合理论模拟计算，从微观的原子分子层次探索并阐释HMX热致相变机理。采用先进成像技术和小角散射技术对HMX晶体相变引起的缺陷进行多尺度表征，归纳分析HMX相变过程的微观缺陷演化规律。本项目有助于对HMX热致相变机理和缺陷演化规律的更准确和全面的理解，对于炸药晶型稳定性的有效控制和能量效能的最大利用，以及武器系统安全可靠性设计具有非常重要的现实意义。此外，本项目的研究成果对于RDX, CL-20, FOX-7等多晶型炸药，以及其他有机晶体的相变过程和机理也将有一定的借鉴性。

相变是炸药受外界刺激发生的重要微观结构变化，对武器系统中炸药部件的安全性、可靠性和做功性能具有重要影响。本项目针对典型的多晶型高能硝胺炸药HMX，采用多种方法制备了不同尺寸的HMX晶体，建立了HMX晶体显露晶面指标化技术，证实了溶剂种类对HMX晶体外形的显著影响。采用原位热台显微镜观察到HMX相变过程中微观缺陷的演化过程，发现缺陷演化具有明显的方向性和尺寸效应，并通过HMX单晶片的小角X射线散射(SAXS)实验，进一步证实了缺陷演化的方向性。通过原位单晶X射线衍射(SCXRD)结合理论模拟计算，获得了升温过程中HMX晶体的原子热振动和分子构型的变化规律。通过相变前后β相和δ相的空间关联，结合并结合理论模拟计算，提出了HMX晶体β→δ相变模型，从微观的原子分子层次探索并阐释HMX热致相变机理。这些发现有助于对HMX热致相变机理和缺陷演化规律的更准确和全面的理解，对于炸药晶型稳定性的有效控制和能量效能的最大利用具有参考价值。此外，本项目的研究成果对于RDX, CL-20,FOX-7等多晶型炸药，以及其他有机晶体的相变过程和机理也将有一定的借鉴性。