典型层状堆积炸药的热膨胀特性研究

摘要

能量和安全性是炸药的两个最重要的性能，晶胞的堆积方式会直接影响这两种性能。近些年来，许多学者的研究证明层状堆积的炸药在具有高能量的同时具有较好的安全性，所以层状堆积的炸药具有广阔的应用前景。热膨胀作为材料最普遍的性能之一，会直接影响材料的应用。炸药受温度等环境因素影响显著，获得炸药热膨胀特性的准确数据对炸药的装药结构设计、机械性能模拟、环境适应性的评估以及储存老化性能研究具有重要的意义。
　　本论文的主要研究工作为：结合原位X射线粉末衍射法和Retiveld结构精修方法，获得了四种层状堆积炸药(LLM-105、TATB、FOX-7和 NQ)的热膨胀系数。利用变温红外光谱技术研究了层状堆积炸药在受到热刺激时晶体结构的变化，结合分子在晶胞中的堆积方式，探讨了四种层状堆积炸药热膨胀特性产生的原因。另外，本论文还利用变温红外光谱技术对 LLM-105和 FOX-7的红外特征峰进行了归属。主要研究结果概况如下：
　　（1）利用原位XRD技术和Retiveld结构精修方法，获得 LLM-105的热膨胀系数，结果表明其热膨胀具有明显的各向异性，而且其晶胞参数变化与温度呈二次方程关系，即发生了二阶热膨胀。变温红外光谱实验结果表明，在升温阶段， LLM-105的氢键网络发生松弛现象,导致了二阶热膨胀的发生。
　　利用变温红外光谱法研究了升温条件下 LLM-105红外吸收峰的变化过程。统计了不同温度下各红外吸收峰的峰位，结果表明：当温度从50℃升到190℃时， LLM-105分子间氢键强度减弱，参与氢键形成的-NH2和-NO2的红外吸收峰偏移至少4cm-1，与氢键形成无关的吡嗪环和 C-N的红外吸收峰偏移1cm-1左右。
　　（2）TAT B晶体在受到热刺激时，晶体的 a-b平面上的氢键网络会发生松弛效应从而导致 a轴和 b轴方向上发生二阶热膨胀；由于 c轴上没有存在氢键，所以具有稳定的热膨胀系数。变温红外光谱实验结果表明：当温度从50℃升到200℃时，TATB中-NH2的特征峰位置3240cm-1和3336cm-1，分别蓝移了16cm-1、12cm-1。说明 TATB中的氢键网络在升温过程中强度明显减弱。
　　（3）FOX-7晶体在受到热刺激时，各晶轴会发生二阶各向异性热膨胀，造成这一现象的原因主要是氢键网络松弛。另外，FOX-7在升温过程中会发生相转变，在113℃会发生α→β转变，在173℃，会发生β→γ转变，当降温到50~75℃之间会发生γ→α(+γ)不完全相变，相转变过程伴随着氢键网络的重组。利用变温红外光谱对 FOX-7的各特征峰进行了归属，然后结合相变前后结构的变化，来鉴别α-FOX-7和β-FOX-7。
　　（4） NQ晶体在受到热刺激时，各晶轴由于受到氢键网络松弛的影响而发生二阶热膨胀。由于 NQ分子在晶胞中呈特殊的十字交叉型层状堆积，在受到热刺激时，层间的分子会在氢键的牵引下发生滑移，从而导致 b轴方向发生负膨胀现象。
　　（5）对比四种层状堆积炸药的平均热膨胀系数，结果表明热膨胀的各向异性程度会受到分子在晶胞中堆积方式的影响。

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1 绪论

1. 1 层状堆积炸药

1. 2 炸药热膨胀的重要性

1. 3 热膨胀机理

1. 4 炸药热膨胀研究方法

1. 5 层状堆积炸药热膨胀研究现状

1. 6 研究概况

2 实验部分

2. 1 实验原料和仪器

2. 2 实验过程

2. 3 结构精修方法

3 层状堆积炸药的热膨胀研究

3. 1 LL M-105 的热膨胀研究

3. 2 TATB 的热膨胀研究

3. 3 FO X-7 的热膨胀研究

3. 4 NQ 的热膨胀研究

3. 5 四种层状堆积炸药热膨胀性质对比

结论

今后工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果