炸药晶粒内部微细结构表征及其对冲击感度影响研究

Effect of internal microstructures of explosive crystal including crystal internal porosity, dislocation, twin crystal, defect size and distribution on shock sensitivity is remarkable. The project will study the characterization of internal microstructures of explosive crystal to classify the micro-defect and obtain its distribution laws using high-resolution electron microscope, X-ray diffraction, and small angle scattering etc. And we will study the effect of the different internal micro-defects on shock sensitivities to obtain the effect law. We also study the modulation of shock wave on internal micro-defect of explosive crystal using finite difference time domain method to get the interaction theoretical model between micro-defect of explosive crystal and shock wave. The project will provide new idea and evidence to characterization of explosive crystal microstructures. It is potential to provide technological guidance to synthesis and application of explosives.

炸药晶体内部的各种孔洞、位错、孪晶、晶格缺陷的结构、形貌、分布密度等微观结构变化对其冲击波感度产生显著影响。本项目拟采用高分辨电子显微技术对炸药晶体内部微观缺陷结构进行精细表征，结合X射线衍射、小角散射等测试手段，对其微观缺陷进行分类，掌握缺陷分布规律。同时开展不同微观缺陷情况下对冲击感度的影响规律的实验研究，找出其内部微观缺陷和冲击波感度之间的规律。并且采用时域有限差分法理论研究炸药晶体内部各类微观缺陷对冲击波的调制以优化炸药对冲击波的力学响应，得到冲击波和微观结构缺陷相互作用的理论模型。本项目的研究可以为炸药晶体内部微细结构的表征提供新思路和实验依据，从而对炸药的理论研究和炸药制造及使用提供技术支持，具有重要的学术价值和技术应用背景。

炸药晶体表面或体内的微纳米尺寸的缺陷对不同起爆方式（如冲击波、机械起爆等）作用下的起爆性能都有着重要的影响。因此，了解这些微纳米尺寸缺陷的形成，显得尤为重要。本项目成功地运用冷场球差校正透射电子显微镜结合低温样品冷冻手段表征了RDX晶体高分辨精细结构及缺陷。获得了RDX晶体结构电子辐照结构稳定性参数，并发现RDX晶体局部多重孪晶现象。结果表明，相比辐照总剂量，RDX晶体对高能电子注入速率更加敏感，且RDX材料的损伤阈值处于103 e/nm2∙s-1量级。另外，在RDX晶体边缘观察到了明显的多晶化，以及高密度原子堆垒层错现象。本研究有望为原子尺度下解释炸药材料晶体结构类型、缺陷分布及密度对起爆感度影响提供参考。. 相比于传统起爆方式，激光起爆具有安全性高、抗干扰能力强等特点，在航空航天工业，国家防御等方面有重要应用价值。本项目研究了黑索金（RDX）炸药晶体的微观结构对其激光起爆性能的影响，探究了激光与晶体材料相互作用机理。研究了微观结构缺陷对RDX炸药晶体激光起爆性能的影响。结果表明，RDX晶面的微观结构缺陷会直接影响到其表面粗糙度RMS值，且随着表面粗糙度RMS值的逐渐增大，RDX晶体起爆阈值逐渐降低。同时，与RDX炸药晶体的激光起爆概率 相关的两个参数（拟合系数B和最小激光起爆阈值Hmin）均与RDX炸药材料晶体的表面粗糙度RMS值呈指数关系。研究了RDX单晶片分别在紫外激光（355 nm）和近红外激光（1064 nm）辐照下的起爆特性。观察到由于RDX晶体对激光频率的不同吸收特性，导致RDX晶体在紫外激光辐照下更容易起爆。RDX晶体表面划痕、微坑、体内杂质是其主要结构缺陷，也是起爆热点形成的主要位置。基于三维时域有限差分（3D-FDTD）方法系统地研究了不同微结构缺陷对入射激光的光场调制和激光起爆感度的影响。