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HMX球形聚集结构的构筑及冲击波感度关联性研究

批准号:
22105183
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
周鑫
学科分类:
含能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
周鑫

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在武器装备对高能低感炸药高位需求的背景下,奥克托今(HMX)较高的冲击波感度已难以满足安全与能量兼顾这一基本诉求。目前关于HMX单质炸药的降感研究主要围绕其晶体特性(分子堆积结构、缺陷、形貌、粒度)展开,还未涉及晶体聚集结构层面。本项目拟从HMX晶体的聚集结构设计与调控出发,利用β-HMX晶体的非晶体学分叉行为,将β-HMX子晶进行有序预聚集,制备具有规整介观结构的球形聚集体,即β-HMX球晶;通过其生长动力学研究及形成机制阐释,理解并控制β-HMX球晶的聚集几何形态、子晶取向、晶界等聚集结构特征;认识聚集结构特征对β-HMX球晶炸药冲击波感度的影响规律,建立结构特征参量与冲击波感度性能之间的构效关系。本项目意义在于可为规整HMX聚集体的构筑提供系统解决方案,研究结果预期能促进从晶体聚集结构层面深入理解炸药的冲击波感度性能,有助于拓展单质炸药降感的技术途径。
英文摘要
Due to the high demand for low-sensitive high explosives in the military field, the high shock-wave sensitivity of Octogen (HMX) could not meet the basic requirement of safety/performance compatibility. Till now, the research on desensitization of HMX single-compound explosives mainly focuses on its crystal-level characteristics, such as molecular packing structure, defects, morphology, and grain size, little attention was paid to the structure on the crystal aggregate scale. Herein, starting from the design and manipulation of the HMX aggregate structure, this project intends to pre-aggregate β-HMX subunit in an orderly manner via non-crystallographic branching to prepare spherical aggregates with ordered mesostructure, namely β-HMX spherulites. By investigating its growth kinetics and formation mechanism, the understanding and manipulation of the structural characteristics of aggregates, including aggregate geometry, subunit crystal orientation, and grain boundaries, will be addressed. Then, the influence of structural characteristics on their shock-wave sensitivity will be unveiled, such that to establish the structure-property relationship between structural parameters of aggregates and shock-wave sensitivity. This project could contribute a novel solution for the construction of HMX aggregates with well-defined structures. The outcome of this project could promote the crystal aggregate-level understanding of shock-wave sensitivity and expects to contribute new technological development for the desensitization of single-compound high explosives.
奥克托今(HMX)作为一种关键战略材料,其晶体聚集结构对炸药的性能有着至关重要的影响。通过控制HMX的聚集形态,有望降低炸药的冲击波感度,从而提升其安全性和可靠性。本项目聚焦于β-HMX球晶炸药的可控制备以及其球形聚集结构特征与冲击波感度之间的关系。通过晶体生长设计、微结构的多尺度分析以及冲击波感度性能的研究,深化了对于β-HMX球晶制备方法、生长机理和感度性能之间关联性的理解。项目的核心研究内容围绕HMX球晶的构筑方法、形成机制、结构调控技术,以及球晶聚集结构特征与冲击波感度之间的关系进行了探索。通过采用高分子诱导溶析结晶法,成功地制备了一系列具有球形聚集结构的HMX炸药晶体,并建立了γ-HMX与β-HMX球晶的构筑方法。利用离线形貌检测技术,以及在线图像和浊度分析方法,揭示了不同晶型HMX球晶的析晶演化过程,并明确了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)晶形修饰剂与HMX分子、晶体晶面选择性的相互作用。通过小角X射线散射(SAXS)技术,对β-HMX球晶的聚集形态进行了特征表征,发现SAXS测得的纳米孔隙率能够在一定程度上反映出球晶颗粒中子晶的大小及其疏密程度,为构效关系研究提供了重要的量化指标。冲击波感度分析进一步揭示,β-HMX球晶的冲击波感度显著低于其他类型的HMX晶体,其50%发生爆轰的隔板厚度显著降低,约为12.4±0.2mm,相较于重结晶HMX,降幅约为21%。这一结果结合可视化撞击感度测试,有效验证了项目的科学假设:β-HMX球晶的规整球形聚集形态和较高的颗粒力学强度,增强了炸药晶体对外部机械刺激的抵抗能力,降低局部热点的点火概率,实现冲击波感度的降低。本项目不仅在理论上加深了对HMX聚集结构形成机理的理解,而且在实践层面为制备低感含能材料提供了途径与创新思路。研究成果也有望为其它含能材料的制备与性能优化提供有益的借鉴和参考。
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