炸药晶体缺陷对其冲击波感度影响规律研究

利用X射线小角散射技术、高精度CT扫描和折光匹配的光学显微成像等技术，表征奥克托今（HMX）炸药晶体内部缺陷的类型、尺寸及数量。制备具有不同晶体缺陷的HMX炸药晶体，设计高聚物粘结炸药模型配方，利用隔板试验、飞片加载试验等冲击波感度试验，研究不同品质炸药晶体的冲击波感度，获得晶体内部缺陷对炸药冲击波感度的影响规律，通过试验与数值模拟研究晶体内部孔洞尺寸、形状、数量等晶体缺陷对冲击波感度影响的机制。本课题的研究成果对深入了解炸药晶体的起爆机制，推动炸药安全科学的发展有重要的意义，并为提高炸药的安全性能奠定科学基础。

通过理论计算与调节溶剂体系、温度升降程序优化的方法，研究了RDX晶体和HMX晶体重结晶过程内部缺陷的调控技术，制备出具有相同颗粒外部特征、晶体内部缺陷尺寸、数量不同的RDX及HMX晶体。使用密度梯度法、X射线小角散射 (SAXS)、微聚焦μCT扫描等方法，定量表征了各种RDX和HMX晶体内部缺陷尺寸与数量分布。结果表明RDX与RS-RDX晶体均含有大量半径5μm以下缺陷，RS-RDX晶体内部半径大于30μm的各尺度缺陷均明显减少，特别是等效半径20~30μm范围的缺陷明显减少，RDX晶体内部该尺度缺陷数量显著增多。本研究测试的HMX与RS-RDX晶体的微聚焦CT扫描结果与RDX、M-RDX和RS-RDX晶体趋势相似。. 为避免在炸药试样制备过程中晶体产生新的裂纹和缺陷等二次损伤，使用浇注固化方法制备了具有不同晶体缺陷分布的RDX基PBX；本研究还使用低软化点、低杨氏模量粘结剂颗粒级配方法设计了低比压压装高密度含不同晶体内部缺陷RDX基和HMX基PBX。采用多种冲击波感度试验和离散元法细观数值模拟，研究了晶体内部缺陷尺寸、数量对炸药晶体及其PBX冲击波感度的影响规律。进行了低压长脉冲的隔板试验、高压短脉冲飞片撞击试验、炸药冲击波起爆历程等多种冲击波感度试验。RDX、RS-RDX基浇注固化PBX的50%起爆的隔板临界厚度由20.0mm减小为17.5mm，50%临界冲击波起爆压力由13.4GPa递增为20.4GPa，由于非压制成型，制备过程中无二次损伤，未对PBX冲击波感度产生影响，试验表明随着RS-RDX内半径20μm以上缺陷数量减少，其PBX冲击波感度降低明显。对粒度分布相同、组分含量相同的低比压压装RDX、M-RDX、RS-RDX基PBX的临界起爆压力由11.7GPa依次递增为13.4GPa和15.8GPa。随着晶体内半径20μm以上缺陷数量的减少，其PBX冲击波感度逐步降低。. 利用离散元法细观模拟研究了HMX晶体缺陷尺寸、数量、形状及缺陷间距离与其冲击波效应的演化规律。在较高的冲击波加载条件下对于圆形孔洞的模拟表明，温度峰值随着孔洞尺寸的增加而差异明显。温度峰值是冲击波压力、孔洞尺寸、数量和缺陷间距藕合作用的结果。当孔洞缺陷相距较远时，温度场的分布不会受到明显影响；当孔洞缺陷较近时，形成更多的高温单元，并且温度峰值增加。