成型工艺对2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药装药质量的影响

为了提高2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药的装药质量,采用压力浇铸与真空浇铸成型工艺,研究其对DNAN基熔铸炸药温度场、缩孔疏松、相对密度及抗拉强度的影响规律。结果表明：压力浇铸使DNAN基熔铸炸药凝固时间缩短,药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当成型压力达到0.8 MPa时,DNAN/奥克托今（HMX）炸药相对密度和抗拉强度分别提高了6.4%、9.9%,药柱无裂纹;DNAN/黑索今（RDX）炸药的相对密度提高了2.7%,但抗拉强度降低了40.8%,同时药柱存在裂纹。真空浇铸对DNAN基熔铸炸药凝固过程温度场无影响,使药柱内部缩孔疏松及气孔减少;当真空度达到0.08 MPa时,DNAN/RDX炸药的相对密度及抗拉强度分别提高了2.0%、14.3%,药柱无裂纹。因此,为了获得高质量的熔铸炸药,DNAN/HMX炸药可采用压力浇铸;DNAN/RDX炸药可采用真空浇铸。     

熔黑梯炸药凝固过程的数值模拟与实验验证

为了解浇铸炸药的凝固过程,采用有限元法对熔黑梯炸药凝固过程中的温度场进行了模拟,并对凝固过程中可能产生的缩孔进行了预测.结果表明,熔黑梯炸药凝固过程中内外温差较大,中心位置附近的温度变化曲线在75 ℃左右存在拐点,在药柱中间位置将出现缩孔和缩松.另外还采用热电偶对熔黑梯炸药凝固过程中的温度变化进行了测试,采用工业CT对固化后的熔黑梯药柱内部质量进行了检测,并将数值模拟结果和实验测试结果进行了对比,结果表明有限元方法可以对熔黑梯炸药凝固过程进行有效模拟.     

熔铸炸药加压凝固过程研究

自主设计了熔铸炸药加压凝固过程实验装置,研究了0.6 MPa外加压力条件和常压条件下RDX/TNT 60/40及硝酸钡/微晶蜡60/40凝固过程中不同位置温度变化及冷却速率。常压条件下RDX/TNT 60/40凝固点为77℃,0.6 MPa外加压力条件下凝固点为83℃,加压条件下相转移点温度升高,各测试点冷却速率高于常压条件,整体凝固时间缩短50 min。硝酸钡/微晶蜡60/40凝固过程中没有相变点,0.6 MPa外加压力条件下冷却速率高于常压条件。RDX/TNT 60/40浇注效果表明,加压凝固成型工艺能有效消除熔铸炸药药柱的缩孔缺陷。     

非 TNT 基高固含量熔铸炸药致密成型工艺研究

为提高炸药的高能量和安全性能,对非 TNT 基高固含量熔铸炸药致密成型工艺进行研究。运用 ANSYS 软件建立熔铸炸药自然冷却温度场,构建装药壳体实体和有限元模型,对装药疵病的产生与防止进行分析。根据“组 分体积形状尺寸匹配准则”,运用振动、抽真空、保温冷却等工艺措施,实现高固含量熔铸炸药高致密成型。研究 结果表明：该工艺使装药内部致密均匀,无气孔、缩孔、裂纹等疵病,可实现高固含量熔铸炸药高致密成型。     

DNAN 基熔铸炸药工艺特性

DNAN具有良好的低易损性能,为了更好地了解其在混合炸药应用中的优缺点,从而在其配方设计中打下良好的基础,对其工艺性能进行了研究。利用扫描电镜从微观结晶上和利用CT扫描等从宏观上对DNAN和TNT的熔铸工艺特性进行了对比分析。结果表明:在相同工艺条件下,DNAN的体积收缩比TNT更大,结晶过程中更容易形成缺陷;在混合炸药中,DNAN基炸药中加入固相时容易结团,凝固过程中更容易分层,这是由DNAN炸药本身的性质决定的,但通过加入助剂和改善工艺条件可以使DNAN具有良好的工艺和能量适应性,从而更好地应用于熔铸炸药中。     

冲击载荷作用下两种HMX基抗高过载炸药损伤特性

为研究炸药在高过载条件下的损伤特性及损伤破坏机理,选取两种不同成型工艺下(浇注,压装)的奥克托今(HMX)基抗高过载炸药作为研究对象,用冲击波感度试验对炸药进行冲击损伤,通过CT检测表征试验前后炸药的损伤程度,同时测试了冲击损伤后炸药的冲击波感度。CT检测结果表明,冲击损伤后压装成型炸药各观测界面均未出现宏观损伤,而浇注成型炸药在距见证板一端7~8mm位置,出现了长度7~8mm、直径1~2mm的孔洞,浇注炸药在距离下端面40mm以上,损伤后的CT值降低1%~5%,压装炸药在距离下端面50mm以上,损伤后的CT值升高1%~8%。冲击损伤后两种炸药的冲击波感度均降低,其中浇成型注炸药由未损伤时的临界隔板厚度25~27mm下降到13~15mm;压装成型炸药由未损伤时的临界隔板厚度38~40mm下降到30~32mm。     

炸药浇铸成型过程超声监测研究

利用超声透射方法对熔黑梯炸药在保温和自然冷却两种工艺条件下的凝固过程进行了超声监测.结果表明,底部位置的超声波幅明显大于中部和上部,说明炸药浇铸的底部质量最好;在炸药浇铸凝固相同位置保温条件比自然冷却下超声波幅强,说明保温工艺有利于控制炸药浇铸质量.     

低熔点钝感高能炸药(IHE)的发展探讨

<正>熔铸炸药是常规弹药装药最为便利和经济的装药方式,以TNT为熔融介质的熔铸炸药至今仍是常用的装药,其中以B炸药最为典型。为改进TNT类熔铸炸药,国内外主要从四个方面开展了工作:1.控制TNT熔铸后的结晶。将TNT与六硝基茋(HNS)形成(TNT)2·HNS络合物作为成核剂和晶体改良剂。添加0.5%的HNS可改善粗晶体柱状增长形成裂缝的物理缺陷,得到的结晶     

基于三维打印技术的纳米奥克托今与梯恩梯熔铸炸药制备及性能研究

为解决传统熔铸炸药缺陷多、密度低、力学性能差等问题,将三维(3D)打印技术应用到熔铸炸药的成型制备中。采用自主研发的熔铸炸药3D打印成型原理样机,通过筛选熔铸炸药配方、优化工艺参数,成功打印出含纳米奥克托今和梯恩梯的熔铸炸药药柱。对打印的药柱以及传统浇铸的药柱进行了微观结构、密度和均一性、抗压强度以及爆速等性能表征对比。结果表明：3D打印成型的药柱结构密实,密度为1.65 g/cm³,提高2.0%;抗压强度为5.56 MPa,提高273%;爆速为7 184 m/s,提高2.1%;综合性能明显优于传统浇铸成型的药柱。     

DNTF与TNT凝固行为的差异性分析

为了解3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)装药缺陷的形成原因,对比研究了DNTF和TNT的凝固行为。测试了DNTF和TNT的体积收缩率。用工业CT和扫描电镜观测了DNTF和TNT的凝固缺陷分布。用DSC和热导率测定仪测试了DNTF和TNT的热性能参数。用凝固速率测试装置获得了描述DNTF和TNT凝固过程的温度-时间曲线。结果表明,DNTF和TNT的体积收缩率分别为11.6%和12.7%。DNTF的缺陷分布较为分散,而TNT的缺陷分布较为集中。DNTF和TNT的凝固点、凝固热、比热容和热导率分别为110.2℃、100.2 J·g~(-1)、0.943 J·g~(-1)·℃~(-1)、0.197 W·m~(-1)·℃~(-1)和80.9℃、104.6 J·g~(-1)、1.278 J·g~(-1)·℃~(-1)、0.224 W·m~(-1)·℃~(-1)。DNTF的凝固速率高于TNT。随着凝固层厚度的增加,轴向上各层间发生凝固的间隔时间出现快速缩短的趋势。DNTF凝固过程具有体积凝固的特点,而TNT的凝固过程具有逐层凝固的特点。     

纳米压痕仪测试TNT单晶(100)晶面的模量与硬度

用溶剂蒸发法制备了厘米级TNT大单晶。用X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)方法表征了其晶型结构。结果表明,其晶体为单斜晶系,最大显露晶面为(100)。用纳米压痕仪获得TNT(100)晶面上的压入模量、压入硬度分别为(17.40±0.35)GPa和(0.81±0.05)GPa,该模量显著高于熔铸TNT炸药的压缩模量。     

梯恩梯/萘共晶初始热分解的反应分子动力学模拟

ReaxFF反应力场在冲击起爆、爆轰等问题中的应用多围绕常规含能材料。利用增加了长程修正项E_lg的ReaxFF/lg反应力场对梯恩梯/萘（TNT/C₁₀H₈）共晶初始高温热分解进行模拟,并通过TNT单晶比较了C₁₀H₈对共晶整体反应特征的影响,利用指数函数及反应速率方程拟合得到共晶初级吸热反应和次级放热反应的活化能分别为35.7 kcal/mol和56.1 kcal/mol. 初级吸热反应的活化能与TNT单晶基本相同,而次级放热反应的活化能则远远高于TNT单晶,并且同温度条件下共晶次级反应放热量小于TNT单晶。拟合得到的反应物的衰减速率表明,C₁₀H₈的加入将抑制共晶内TNT的分解。产物识别分析显示初始产物为NO₂、NO和HONO,并且通过NO₂和TNT_—NO2,NO和TNT_—NO,HONO和TNT_—HONO分布数量的比较论证了固相共晶和TNT单晶的初始反应路径为双分子反应机制。共晶热分解最终主要产物为N₂,H₂O,CO₂和CO. 并且由于共晶内C₁₀H₈分子C—C键断裂所需的能量高于C—H键断裂所需的能量,C₁₀H₈分子的初始热分解路径为C—H键断裂,并且形成的H原子将促进共晶内H₂O的产率高于TNT单晶内H₂O的产率。     

TNT爆轰生成纳米金刚石晶核生成和长大的估计

以实验测定的爆轰压力和比容等空间分布参数粉为依据，用简单理论估算温度和反应度，用晶粒均匀成核和长大理论估算了ＴＮＴ爆轰游离碳在上述热力学条件下的金刚石成核和长大过程，估算的金刚石得率与实验值相符．     

TNT/TNCB共晶炸药的制备及表征

采用溶液共结晶法制得2,4,6-三硝基甲苯/2,4,6-三硝基氯苯(TNT/TNCB)共晶炸药,采用X射线单晶衍射表征了其结构,该晶体属于单斜晶系,P21/c空间群,晶胞参数:a=2.1148(5)nm,b=0.60974(14)nm,c=1.4968(4)nm,α=90°,β=110.374(4)°,γ=90°,V=1.8093(7)nm3,Z=4。采用差示扫描量热法分析了共晶炸药的热性能,并测定了其撞击感度,结果表明,该共晶炸药熔点为72.7℃,H_(50)=92.9 cm,均低于TNT与TNCB。运用密度泛函理论方法及Kamlet-Jacobs方程计算得到TNT/TNCB共晶炸药的爆速为7508 m/s,爆压为24.52 GPa。     

铝金属凝固微观组织模拟相场法技术研究

对研究铝金属微观组织模拟相场法技术的数学模型及扰动对枝晶生长的影响进行了研究;在相场法数学模型基础上,对有扰动和无扰动情况下的铝金属凝固枝晶生长进行了模拟;研究结果表明,不加扰动时,晶粒的生长是沿着主干方向进行,光滑且不出现二次枝晶,加扰动时,晶粒生长出发达的侧枝。相场法可以直接模拟金属凝固过程中枝晶生长的形成过程。     

抗侵彻过载战斗部模拟装药Hugoniot特性实验研究

通过飞片平面正撞击实验获得了模拟注装TNT炸药在小于1.2 GPa撞击压力下的冲击波速度c和粒子速度u数据,发现在一定的误差范围内实验数据点与注装TNT炸药的Hugoniotc-u曲线接近,说明它们具有相似的Hugoniot特性。因此,在实验研究中可选择与真实装药具有近似Hugoniot c-u曲线的模拟装药代替真实装药进行各种材料动力学研究。     

快热作用下带壳梯黑铝炸药快速燃烧实验研究

为了获得快速热作用下铸装梯黑铝炸药热响应特性,并确定光纤探针用于测定熔铸型炸药快速燃烧过程化学反应阵面传播速度的可行性。采用快速加热装置加热钢制圆管,作用于内部梯黑铝炸药,以光纤探针测定炸药化学反应阵面传播速度和轨迹。结果表明:在230 MPa的管体约束强度、开口端加装端盖情况下,装填长度为400 mm的梯黑铝炸药化学反应阵面最大传播速度约为1 000 m/s;开口端未加装端盖时,最高传播速度约为500 m/s;两种情况中炸药都没有发生完全爆轰。因此,快速热作用下带壳铸装梯黑铝炸药热响应状态为快速燃烧,光纤探针能够准确测定小于1 000 m/s的熔铸型炸药化学反应阵面传播速度。     

TNT在超临界二氧化碳中的溶解特性

通过对比不同浓度的TNT/乙腈、TNT/丙酮、TNT/甲苯溶液的紫外吸收曲线,以乙腈作参比溶剂,用紫外分光光度计测定了温度为303,308,313,318,323 K,压力为10～25 MPa条件下三硝基甲苯(TNT)在超临界二氧化碳中的溶解度,并建立了波长为248 nm时TNT-乙腈溶液的浓度-吸光度关系。结果表明,在低压条件下(小于15 MPa),TNT炸药在超临界二氧化碳中的溶解度随着温度的升高略有降低;但随着压力增大(大于15 MPa),溶解度随温度的升高而增大。TNT在超临界二氧化碳中的溶解度较高,在试验范围内,每克二氧化碳中最多能溶解14 mg的TNT。     

低速撞击下JO-8和B炸药的响应特性

采用30 kg小落锤对JO-8和B炸药进行了低速撞击加载试验,并对撞击过程和试验后样品分别进行了高速摄影和扫描电镜分析。撞击试验发现JO-8炸药的临界点火阈值为360 N,B炸药的阈值为300 N,这表明JO-8炸药具有更高的抗撞击能力;高速摄影发现两种炸药均经历冲击、塑性流动、飞散、反应等阶段,反应在炸药损伤后发生,JO-8炸药的反应滞后于B炸药;扫描电镜表明,B炸药在低速撞击下的损伤模式以界面脱粘、沿晶断裂为主,JO-8炸药以剪切变形和穿晶断裂为主。B炸药的制备工艺决定了TNT包裹RDX的微观结构,而TNT具有较低的晶体力学性能,导致其在加载下首先发生断裂;JO-8炸药的制备工艺决定了粘结剂包裹HMX晶体的微观结构,粘结剂改善了炸药晶体的脆性特征,致使JO-8炸的损伤模式不同;与B炸药相比,JO-8炸药发生点火延滞的原因在于JO-8炸药具有更高的压缩强度。