硝胺炸药在熔态TNT和DNP中的溶解性及相变研究

发布时间：2020-05-15 03:22

【摘要】：高能钝感炸药是含能材料领域长期研究的热点课题,熔铸炸药是获得高能钝感炸药的主要途径之一,研究硝胺炸药在熔铸载体炸药中的溶解性及相变对于提升熔铸炸药的爆轰性能和安全性具有重要意义。本文先从实验入手对RDX、HMX及CL-20在熔态TNT和DNP中的溶解性进行测定,接着借助拉曼光谱仪对RDX、HMX和CL-20在熔铸载体炸药中溶解前后的晶型进行表征,最后采用Gaussian 09软件对几种多晶型硝胺炸药的过渡态结构进行搜寻,分析它们的相变反应路径和反应机理。主要内容有:(1)通过物理分离的方法测出了RDX、HMX和CL-20在90℃的TNT中的溶解度分别为3.35、0.24和4.99g/100g,在90℃的DNP中的溶解度分别为12.28、2.64和7.03g/100g;(2)借助拉曼光谱仪对在熔态TNT和DNP中溶解前后的RDX、HMX和CL-20的结晶晶型进行表征,结果表明,RDX在熔态TNT、DNP中溶解前后的晶型均为a-型,HMX在熔态TNT、DNP中溶解前后的晶型均为b-型;而CL-20在熔态TNT、DNP中溶解前后的晶型均由e-型变为b-型。结合各个晶型CL-20的感度、密度及热稳定性的计算结果可知,CL-20的晶型转变降低了炸药的爆轰性能和安全性;(3)借助密度泛函理论(DFT)搜寻β-RDX→α-RDX、γ-HMX→β-HMX和ε-CL-20→β-CL-20在晶型转变过程中的过渡态结构,确定它们的相变反应路径分别为:β-RDX→TS1→α-RDX、γ-HMX→TS1→IN1→TS2→IN2→TS3→β-HMX和ε-CL-20→TS1→IN1→TS2→β-CL-20。通过计算吉布斯自由能随相变反应路径的变化,分析相变反应机理,由计算结果可知,RDX、HMX和CL-20由亚稳晶型转变为稳定晶型分别需要克服的自由能能垒为1.26、5.31和6.15kcal_·mol~(-1),由此确定实验条件下使用的这几种硝胺炸药的稳定性顺序为RDXHMXCL-20。
【图文】：

中北大学学位论文 HMX、 HMX 和 HMX 的五种晶型， CL-20、 CL-20 和 CL-20 的五种晶型的单晶数据，，借助 MatersialCOMPASS 力场下进行结构优化，图 3.1、图 3.2 和图 3.3 分别为HMX 和 CL-20 的分子结构图。

（e）图 3.2 HMX 各晶型分子结构图（（a） HMX（b） HMX（c） HMX（d） HMX（d） HMX）（a） （b）
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ564.42

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本文编号：2664396