RDX单晶的精密加工

炸药材料力学行为、起爆机理及其他物理性能的认识难于深入下去的主要原因之一是：缺乏具有完美晶体品质的炸药大单晶材料及其精密加工方法。黑索今（ RDX ）是比较容易生长出大单晶单质炸药之一［1-4］,迄今,国内外学者对炸药单晶的力学性能研究主要局限于其2～3个较大生长面的弹性模量、断裂韧性等的初步研究,取得了一些创新性研究成果［5-6］,但由于单晶晶体质量和测试方法的差异,各学者的测试结果还存在偏差［7-9］,不能全面反映炸药晶体的力学特性。采用轻气炮冲击加载研究炸药单晶的起爆机理和纳米压痕技术测试单晶的微力学性能等对单晶的表面粗糙度、平面度、平行度、亚表面损伤程度等均有非常高的要求,而且单晶的力学、起爆等性能与晶面取向有关［10-12］。要进行单晶的力学、起爆性能的深入细致的研究,需要对单晶进行切割、打磨和抛光等精密机械加工,因此,探索和研究RDX单晶的精密加工方法,减少或消除表面损伤对性能研究的影响十分重要。     

RDX单晶的生长诱导位错表征

采用溶剂蒸发法,以丙酮为溶剂,在一定结晶条件下可获得晶体质量好的厘米级RDX大单晶(约40 mm×40 mm×30 mm)。用高分辨X射线三晶衍射(TAXRD)摇摆曲线(ω扫描) 研究了RDX单晶的生长诱导位错,用Split Pearson Ⅶ分析函数并对摇摆曲线进行了拟合,得到(210)、(200)和(111)晶面的摇摆曲线半高宽(FWHM),其值分别为35.35 arcsec , 45.31 arcsec和77.92 arcsec,说明(111)晶面的位错密度最大,线生长速度最快; (210)晶面的位错密度最小,线生长速度最慢,RDX单晶呈现出各向异性。      

微流控结晶系统制备窄分布微米级硝胺炸药

为了在安全临界尺度下实现炸药结晶的调控与批量生产,基于微流控技术组建了ZS-1型微流控结晶系统,并选用二甲亚砜（DMSO）和去离子水分别作为溶剂与反溶剂,通过改变两相流量比、炸药相浓度与总流量等结晶过程参数,在微尺度下进行了环三亚甲基三硝胺（RDX）的粒度控制研究和环四亚甲基四硝胺（HMX）的粒度与晶型控制研究,探索了结晶参数的高通量筛选。在ZS-1型微流控结晶系统上进行了微米级RDX的批量制备实验。结果表明,经系统重结晶细化的RDX样品的D₅₀为3.35 μm,跨度（粒径分布）为0.956,纯度为99.80%,平均粒径较原料RDX缩小了22.2倍,且产量可达每小时百克量级,验证了微尺度下窄分布微米级炸药批量制备的可行性。     

硝酸脲与黑索今混合炸药的制备及性能研究

为解决黑索今(RDX)生产工厂的废硝酸再利用问题,在RDX生产过程中不分离出RDX,而是直接加入一定量尿素水溶液,废硝酸与尿素反应生成硝酸脲后,使RDX和硝酸脲共同结晶,生成RDX与硝酸脲共结晶的混合炸药。得到两大类型的混合炸药:Ⅰ型混合炸药(含RDX 10%~20%)的综合爆炸性能优于现有的铵梯、乳化及粉状工业炸药;Ⅱ型混合炸药(含RDX 40%)的爆炸性能与TNT相当。该混合炸药的制造工艺简单,RDX生产过程的废酸污染问题得到了改善。     

RDX单晶的培养与表征

基于RDX单晶可用于其起爆机理和力学响应机制等基础研究,采用丙酮溶剂缓慢挥发法分别在室温和恒温条件下培养RDX单晶。结果表明：两种方法都可以得到厘米级的RDX单晶,在恒温条件下培养的RDX单晶质地较硬、密度较高;同时,对实验中出现的多种晶体缺陷进行了分析;应用X-射线单晶衍射法测定了恒温条件下培养的RDX晶体结构,表明其晶体属于正交晶系,空间群为Pbca,所得晶体学参数为：a=11.471(3)?,b=10.611(2)?, c=13.146(3)?,α=β=γ=90°,体积V=1600.1(6)nm3,Z=8,密度D=1.844g/cm3,F(000)=912。最终偏差因子R1=0.0309。     

基于反向撞击法的RDX基含铝炸药冲击起爆实验研究

为了研究铝粉对黑索今（RDX）基含铝炸药冲击起爆性能的影响,采用基于反向撞击法的炸药冲击起爆性能测试方法,对铝粉含量分别为0,15%和30%的3种RDX基含铝炸药（RDX/Al）的冲击起爆性能进行了对比研究。该方法通过火炮加载平台驱动炸药撞击LiF窗口,利用光子多普勒测速仪测量炸药与窗口界面粒子速度的变化历程。实验结果表明,该方法具有较高的测试精度（3%）和时间分辨率（5 ns）,且对炸药样品的制备要求较低。在相同加载条件下,铝粉含量越高,含铝炸药冲击起爆反应增长越慢,与RDX炸药相比,铝粉含量为30%的RDX基含铝炸药的界面粒子速度达到峰值所需的反应时间增加了47%,表明铝粉的加入使得炸药冲击波感度明显降低,铝粉在含铝炸药冲击起爆过程中主要起到能量稀释的作用。     

黑索金(RDX)为基的挠性炸药研究

通过对RDX炸药的敏化处理和挠性炸药配方研究,研制了一种传爆起爆性能优良的挠性炸药.其具有良好的热安定性和相容性,并通过了GJB2178-94标准所规定的八项安全性能鉴定试验,可用于直列式引信和起爆传爆系列.     

TNT和RHT-906炸药起爆过程的电导率研究

建立了凝聚炸药起爆过程电导率的平面测试方法,运用该方法对RHT-906炸药起爆过程的电导率,以及TNT炸药在不同冲击压力起爆过程的电导率进行了研究.分析了冲击压力对炸药起爆过程电导率的影响,结果表明,TNT的最大电导率随起爆压力的减小而减小,TNT中加入RDX后最大电导率减小.四发实验得到TNT炸药爆炸的化学反应时间分别为0.11 μs、0.12μs、0.16μs和0.15μs.     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比:RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明:射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25111℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111150℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

高致密球形黑索今晶体结构对高聚物粘结炸药安全性能的影响

为探索炸药晶体结构对其安全性能的影响,通过分子动力学模拟和实验相结合的方法开展高致密球形黑索今（RDX）晶体结构对高聚物粘结炸药（PBX）安全性能影响的研究。采用X射线 单晶衍射测试高致密球形RDX的晶体结构,并根据晶体结构数据,通过分子动力学模拟方法对比高致密球形RDX和普通RDX基PBX的安全性能。为验证分子动力学模拟结果的准确性,制备以高致密球形RDX和普通RDX为基的浇注PBX,采用直接起爆法和卡片式隔板法测试浇注PBX的雷管感度和冲击波感度。分子动力学模拟与实验结果表明：高致密球形RDX是内部缺陷少、形状趋于球形的单晶体,晶胞密度较普通RDX提高2.6%;高致密球形RDX基PBX比普通RDX基PBX的结合能提高289.30 kJ/mol,内聚能密度提高0.022 kJ/cm³、引发键最大键长减小0.02 ,高致密球形RDX基PBX的安全性能更好;在配方比例相同条件下,高致密球形RDX基浇注PBX的雷管感度和冲击波感度比普通RDX基PBX确实有所降低,与分子动力学模拟结果相符,验证了模拟计算的准确性。     

一种钝化HMX的性能（英）

Crystal quality and morphology can greatly influence the sensitivity and other properties of energetic crystals. Researches show improving crystal quality of RDX/HMX can reduce their sensitivities. So we prepared a kind of insensitive Beta-octogen fine particle （FD-HMX） by a special crystallization process. In this paper, the crystal qualities and properties of FD-HMX were characterized by scanning electron microscope （SEM）, laser light scattering, density gradient technique, differential scanning calorimetry （DSC）, impact sensitivity test and gap test.     

RDX和HMX晶体力学性能的分子动力学模拟及其撞击加载响应

用分子动力学模拟方法研究了RDX和HMX晶体的力学性能。用撞击加载实验、激光粒度仪和扫描电子显微镜分析了两种晶体的破碎特性。结果表明: HMX晶体的弹性系数和模量计算值大于RDX晶体, RDX晶体的延展性好于HMX晶体。在相同撞击加载条件下,RDX和HMX晶体均发生塑性形变和脆性断裂,但前者以塑性形变为主,而后者以脆性断裂为主,且破碎程度更加显著。评价不同炸药晶体力学性能间差异性的分子动力学模拟方法具有较高的准确度和有效性。     

X射线粉末衍射测定炸药晶体的线膨胀系数和理论密度

炸药晶体的线膨胀系数和理论密度是影响其使用性能的重要参数,X射线粉末衍射是测定炸药线膨胀系数和理论密度的重要手段。本文介绍了X射线粉末衍射测定炸药线膨胀系数和理论密度的方法和原理,结合密度梯度管法得到的RDX、HMX两种炸药晶体的实测结果说明了该方法的可靠性和准确性,并提出应加强X射线衍射在炸药晶体研究中的应用。     

高致密球形RDX基浇注炸药的性能

为探索高致密球形黑索今(H-RDX)与普通黑索今(RDX)对浇注炸药性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对两者的晶体形貌、热稳定性及机械感度进行评估;同时以典型浇注配方为例,探讨RDX类别对药浆黏度、药柱密度、爆速和冲击波感度的影响规律。结果表明:H-RDX表面光滑,晶体缺陷少,球形度高;与普通RDX相比,H-RDX的热分解表观活化能Ea和活化焓ΔH分别高10.79 kJ·mol^-1和10.81 kJ·mol^-1,撞击和摩擦感度分别降低20%和8%;相同配方下药浆黏度降低41%~45%,药柱密度提高0.6%~3.9%,爆速提高1%~3%,冲击波感度降低10%~14%,表现出更优的工艺性能、爆轰性能及安全性能。     

RDX晶体的破碎与细观断裂行为

研究了RDX晶体颗粒集合体的破碎以及单晶体的细观断裂行为。对三种RDX晶体颗粒的压制响应行为进行了研究,通过定义破碎比来描述晶体的凝聚强度和破碎程度。实验测定表明,商业级粗原料颗粒破碎比最高,约为1.53,最易破碎,而重结晶颗粒为1.47,球形化颗粒的破碎比最小,为1.17,最不易破碎。在压痕试验中,研究首次报道了RDX(210)面上的规则跳突现象。根据加载卸载曲线,计算了RDX的屈服应力为465 MPa,远低于压痕试验测定的硬度值550 MPa,进一步计算了加载卸载曲线的振荡应力幅值为8 MPa,其对应的压入深度为1 μm,即RDX晶体(210)面上规则跳突现象发生在约为1 μm的深度范围,文中讨论了这一深度值的意义。      

切片电镜方法对炸药粒子内部结构的研究

将炸药粒子用树脂包埋固定,切片,然后溶解脱除包埋剂,并对其进行电镜检测,研究了炸药重结晶粒子的内部结构。探讨了类球形3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)粒子的生长方式;研究了γ-丁内酯、环己酮和丙酮等三种溶剂重结晶RDX粒子内部均存在的裂纹、孔洞等微缺陷,比较了三种重结晶粒子内部结构的规整性;制备了两种膨化硝铵粒子的切片,电镜测试表明质量较好的膨化硝铵样品晶粒内部存在着非常多的孔洞,呈蜂窝状,多数孔洞的孔径小于10μm,而参照样内部孔洞数量较少,孔径在数微米至十几微米之间。     

RDX晶体颗粒压制密度分布的μCT试验研究

为掌握炸药压制结构特征,利用微纳米焦点X射线CT(μCT)研究了RDX晶体压制进程,分析了晶体间隙与截面密度及其分布。μCT结果显示:随着压制压力增大,晶体间隙减小,截面密度增大且相对波动性逐渐减小;150MPa压力下密度趋于均匀分布,但仍有微间隙的明显特征。分析表明:RDX压制密度梯度现象明显,愈靠近压制端面的截面密度愈高,提高压制压力有利于密度均匀,但过高会带来裂纹问题,可采用双向压制、减小压制高度或加工提取靠近压制端面的炸药等措施进一步提高密度均匀性。     

高致密球形黑索今晶体的制备和性能

介绍了一种能够制备高致密黑索今（RDX）晶体的方法。分析溶液浓度、结晶温度、搅拌速率、稀释速率等工艺条件变化对于RDX晶体密度的影响,制备了高致密RDX晶体。测试了高致密RDX晶体的晶体形状和缺陷、晶体密度、熔点、热性能和热感度。结果表明,采用特定工艺条件制备出的高致密RDX晶体和普通RDX晶体相比,密度增加0.023g/cm3,高达1.808g/cm3,是理论密度的99.56%;内部缺陷明显减少;熔点提高1.5℃,分解峰温度提高3.66℃;5s爆发点提高1℃,安全性能略优于普通RDX.     

一种重结晶黑索今的冲击波感度研究

为了改善黑索今(RDX)结晶形态和降低感度,以二甲基亚砜为溶剂、以Twin-80为晶体改性剂,对普通RDX进行重结晶处理,使用光学显微镜、密度瓶法等分析测试了RDX重结晶前后的晶体形貌和质量,表明重结晶RDX的晶体颗粒表观密度提高约0.007g.cm-3,颗粒外形更加规整圆滑。标准SSGT小隔板试验表明,以重结晶RDX制备的浇铸PBXs,其冲击波感度比相同配方下普通2类RDX降低25%。