[发明专利]力-热作用下表征TATB基PBX内应力的方法

说明书

本发明公开了力‑热作用下表征TATB基PBX内应力的方法，包括如下步骤：对PBX进行原位机械应力/热应力加载，利用中子衍射技术获得TATB晶体的晶格点阵参数，获取机械应力、温度与TATB晶格点阵参数的关系；同时，利用内部微结构表征技术获得PBX的细观结构；通过机械应力、温度与TATB晶格点阵参数的关系以及细观结构获得PBX的性能拐点，最终获得热‑力耦合作用下的PBX内部TATB晶体响应行为规律。本发明首次将中子衍射技术引入含能材料研究领域，非侵入式无损观察机械应力/热应力下PBX中TATB晶体衍射峰的位移、宽化、不对称性等点阵参数，为含能材料的宏观性能评估提供基础的参数。

技术领域

本发明涉及一种炸药内应力的表征方法，具体涉及一种力-热作用下表征TATB基高聚物粘结炸药内应力的方法。

背景技术

TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)是当前唯一被美国能源部认可的钝感炸药，因其机械感度和热感度较低，具有良好的安全性和稳定性。以TATB粉末晶体(TATBpowder crystals)为基的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)在国内外武器行业得到广泛应用，且围绕其结构安全性能、力学性能以及爆轰性能研究在国内外一直是热点。

TATB基PBX是将TATB炸药晶体和粘接剂以水悬浮法造粒成一定粒径分布的TATB颗粒(TATB granules)后压制成型。在成型过程中因外界压力作用，发生不同程度弹塑性变形，压力去除后会积蓄一定的弹性应变能，产生内应力。TATB炸药晶体和粘结剂的性能差异很大，这使得PBX不同于传统的颗粒填充式复合材料，有一些特殊的力学性能，从大量细观观测和力学实验结果可以看出，PBX是一种含初始损伤的脆性材料。PBX在冷热处理、机械加工、运输、使用及贮存过程中会受到各种机械、温度载荷的作用，其内部都可能产生内应力。内应力会造成初始损伤进一步演化，以颗粒断裂、界面脱粘、粘接剂基体开裂、变形孪晶以及剪切带等形式使炸药的力学性能劣化，使结构的强度和刚度下降。在持续的载荷作用下，各种形式的损伤会进一步生长、聚合，形成宏观裂纹，最终导致材料破坏。

TATB基PBX是一个由众多TATB粉末晶体粘结聚集的多晶、多界面、非均质、低强度复杂体系，其强度较低(抗压强度小于45MPa，抗拉强度小于10MPa)。内应力将影响PBX内部各组份的力学行为，而PBX内部各组份的力学行为的改变是其宏观发生变化的主要因素。对PBX体系力学行为的研究必须从细观结构出发，才有可能建立较精确的力学模型：

(1)TATB具有平面型分子结构，其晶体属三斜晶系，具有类似于石墨的层状结构，同层TATB分子之间存在较强的氢键作用，结合紧密，而异层之间作用很弱，这种各向异性使多晶体系响应机制变得复杂。TATB晶体属于脆性材料，而作为粘结剂的高聚物具有非常好的韧性，能承受较大形变，可以起到黏结炸药颗粒以及传递应力的作用。TATB晶体结构不对称，在温度升高条件下，将发生各向异性膨胀，晶体的各向异性膨胀是导致PBX热变形、内部微裂纹等的重要因素。PBX内部各组份的力学行为共同决定了PBX体系的宏观性能。

(2)PBX(包含TATB基的PBX)物质力学特性一般是建立在应力-应变本构关系基础上的，未细致考虑炸药晶体、粘结剂、钝感剂及增塑剂等细观因素，力-热作用下PBX内部各组份存在差异性的力学响应特性，因此研究外界热应力、机械应力作用下PBX内部TATB应变响应规律具有重要意义，这将加深对此类复合体系结构及性能变化的认识，为含能材料的宏观性能评估以及材料微观结构模拟提供基础的参数。

综上所述，TATB基PBX属于典型的多晶多界面非均质材料，其强度较低(抗压强度小于45MPa、抗拉强度小于10MPa)，PBX体系细观各组份热力响应具有多样性且差异明显，综合影响宏观力学性能，研究这些有非常重要的科学和工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过开展PBX中子衍射点阵参数实验研究，建立机械应力、热应力与TATB晶体中子衍射点阵参数关系，获得力-热耦合作用下的PBX内部TATB晶体响应行为规律的方法。