RDX分形生長及其機(jī)理研究.pdf

1、本文以優(yōu)質(zhì)猛炸藥環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX,俗稱黑索今)為研究對象,通過合理選擇溶劑和添加劑,控制溶液揮發(fā)速度和過飽和度,使結(jié)晶過程在非平衡態(tài)下進(jìn)行,獲得具有耗散結(jié)構(gòu)的分形或枝晶結(jié)構(gòu)。這種具有分形或枝晶結(jié)構(gòu)的RDX,在低敏感性和能量釋放效率等方面可能具有潛在的優(yōu)勢,有望在爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)、微型起爆器件及火工品技術(shù)等國防領(lǐng)域得到應(yīng)用,對提高炸藥的安全性、改善武器的作戰(zhàn)性能以及促進(jìn)高新武器的發(fā)展具有重要意義。本文主要對RDX的生長條件與分形結(jié)構(gòu)以

2、及分形生長機(jī)理進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:
　　 (1)在RDX丙酮溶液中加入不同醇類得到不同形貌的分形結(jié)構(gòu),其原因是由于醇類的加入改變了溶劑的粘度,從而影響到混合溶液的揮發(fā)速度,而溶液的揮發(fā)速度決定了溶液遠(yuǎn)離平衡態(tài)的程度。加入乙二醇,溶液粘度較大,混合溶液的揮發(fā)速度較丙酮溶液大大降低。隨著飽和度d的不斷增大,RDX晶粒的聚集狀態(tài)發(fā)生了從無規(guī)聚集到分形樹的轉(zhuǎn)變。丙酮與乙二醇的體積比為10:0.5時,獲得的分形樹結(jié)構(gòu)最佳。加入乙醇,

3、溶液粘度變化不大。與加入乙二醇相比,結(jié)晶過程在離平衡態(tài)更遠(yuǎn)的狀態(tài)下進(jìn)行。隨著d的增加,RDX呈現(xiàn)出更為豐富的結(jié)晶形貌,可觀察到從無規(guī)聚集到分形到小面化晶體再到單顆晶粒的變化過程。
　　 (2)選取環(huán)己酮為溶劑,通過原位觀察(in situ)研究了RDX在非平衡態(tài)下生長為枝晶的過程。結(jié)果表明,在環(huán)己酮溶液中的結(jié)晶分為中心枝晶及邊界枝晶,兩種枝晶具有不同的生長尺度。雖然尺度不同,但其生長機(jī)理卻基本相同:枝晶主干與二次分枝之間及次級分

4、枝與高級分枝之間的夾角都維持在78°～80°之間(如果不考慮溶液對流等的影響)；晶芽的生長都是從晶體缺陷開始；枝晶成核滿足成核限制模型(NLA)。通過對枝晶生長的原位觀察,我們提出了缺陷限制模型(DLG)來解釋環(huán)己酮溶液中RDX枝晶的生長機(jī)理。
　　 (3)在以環(huán)己酮為主溶劑的溶液中加入表面活性劑1631(十六烷基三甲基氯化銨),討論了表面活性劑對非平衡態(tài)下RDX枝晶生長的影響。通過原位觀察記錄中心枝晶與邊界枝晶的生長過程,研究

5、分形生長機(jī)理。結(jié)果表明:表面活性劑的加入改變了枝晶生長的生長形貌,枝晶生長轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔迦~枝晶”生長(邊界枝晶由于受邊界限制除外)。
　　 通過以上研究可以看出,通過改變?nèi)軇┖吞砑觿﹣砜刂芌DX的溶液結(jié)晶過程,調(diào)節(jié)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的程度,獲得不同形貌的分形結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的變化必將帶來性能的改變,因此本工作為RDX的改性研究提供了一條新思路,且其制備過程具有工藝簡單、環(huán)境友好、過程可控、樣品制備量大的特點,對其它含能材料的改性也將提供重要的參考