硝胺类炸药结晶动力学及晶体缺陷的研究
晶体缺陷是影响炸药安全性的一个重要因素，如何减少晶体缺陷提高炸药晶体品质是研制降感高品质炸药需要解决的关键问题。目前晶体缺陷的控制方法几乎都是基于经验性的实验方法，即通过大量实验，不断调节和优化结晶工艺条件获得，而对结晶过程中最根本的问题“缺陷形成和演化的动力学机制”缺乏研究。本论文以HMX为代表的硝胺类炸药作为研究对象，建立溶液结晶过程中的成核和生长动力学模型，并对结晶样品进行缺陷表征，讨论引起晶体缺陷产生的动力学因素。该研究不仅为当前高品质炸药HMX的工艺优化提供可靠的理论基础，也可为其它降感高品质炸药的研制提供技术参考，因此对降感高品质炸药的研制具有重要意义。本论文主要内容如下: (1)HMX热力学的研究:采用激光动态法测定HMX在丙酮和γ-丁内酯中的溶解度和超溶解度，用最小二乘法根据Apelblat经验方程建立溶解度与温度的关系式，用均方根偏差对关系式的准确度进行判定。均方根偏差值很小，说明拟合得到的溶解度方程可靠性高;研究了HMX在两种溶剂中介稳区宽度的变化。在两种溶剂中，HMX的溶解度均随温度的升高而增大，但HMX在γ-丁内酯中的溶解度比在丙酮中的大，且变化趋势更加明显，表明HMX在γ-丁内酯中比丙酮中更适合用降温冷却结晶法重结晶。 (2)HMX动力学的研究:通过计算HMX在丙酮和γ-丁内酯中的表面熵因子，初步推断其在丙酮中呈螺旋位错式，在γ-丁内酯中呈连续生长和传递生长。 在粒数衡算方程基础上采用间歇动态法对HMX结晶动力学进行了研究，采用最小二乘法回归出了HMX在丙酮和γ-丁内酯两种溶剂中结晶动力学方程。将成核速率和生长速率的实验值和计算值相比对模型进行验证，计算其相对偏差，从相对偏差值可以看出γ-丁内酯中重结晶的动力学拟合方程比丙酮中的好，这可能与丙酮挥发性大有关。 (3)HMX晶体缺陷的研究:采用扫描电镜(SEM)、氮吸附(BET)法对不同条件下得到的HMX样品进行了外部缺陷的表征。扫描电镜结果表明，丙酮中得到HMX晶体比γ-丁内酯中得到的表面更加光滑平整。而且比表面数据进一步证实了这一结论。 采用折光匹配光学显微镜(OMS)、气相色谱(GC)和表观密度浮沉法(PAD)对不同条件得到的HMX样品进行内部缺陷表征。通过内部缺陷表征，结合动力学方程计算出不同条件下的生长成核速率，发现搅拌速率对丙酮溶剂中成核的影响十分明显，而对γ-丁内酯中成核的影响较小。在两种溶剂中，随着结晶终温降低，HMX的生长速率逐渐减小，成核速率逐渐增大。通过丙酮溶剂中HMX的表观密度数据可推断出增大成核速率是减少晶体内部缺陷的有效方法。
硝胺类炸药;结晶动力学;晶体缺陷;工艺条件
西南科技大学
硕士
分析化学
段晓惠
2013
中文
TQ564.42
84
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）