HMX晶体热致相变对损伤的影响

HMX基PBX炸药混合体系中炸药晶体在发生高温熔化和分解反应之前，会率先发生非均匀热膨胀和固相晶型转变，使材料的力学性能和安全性能发生突变。为探究HMX晶体的热致相变对材料内部损伤演化的影响机制，发展了考虑HMX晶体热膨胀和相变等变形机制的热力耦合晶体本构模型，从力学角度揭示了黏结剂包覆HMX晶体相变对体积变形、应力状态以及裂纹成核演化过程的影响机理，量化分析了升温速率对材料相变和裂纹损伤状态的影响规律。结果表明：随着加载温度升高，HMX晶体的热膨胀和β→δ相变导致体积增大，晶体内部形成拉伸应力状态，同时晶体与黏结剂相互挤压形成的局部压剪作用使晶体内部出现裂纹成核和扩展现象。相变温度附近HMX晶体内部裂纹成核和扩展数量显著增加，晶体内部发生不可逆损伤。外界升温速率对晶体内部裂纹形核扩展与损伤造成显著影响，较高的升温速率会加大晶体损伤程度，增加炸药内潜在热点源及意外点火风险。     

LiIO3晶体相变的研究

本文用差热分析、恒温热处理、室温及高温X射线衍射等方法,对LiIO₃晶体的相变问题进行了研究。弄清了升温过程中γ相的本质,它是并没有稳定存在的温度区间,只能在一定温度范围,一定时间内存在的,从α相转变为β相的过渡相。熔态LiIO₃的冷凝过程不同于固态升温过程;这里存在着另一些新相——δ相。由于冷凝条件不同,因而结构也不尽相同,这些δ相在继续冷却时大部分转变为α相,但在未转变为α相之前,再度升温时,则转变为β相。从高温X射线衍射发现:差热分析曲线上所示的α←→γ和δ→α的相变温度是出现新相的温度,这时还伴随着大量的原有相的衍射线,随着时间的延长和温度的改变,原来的相才逐渐消失。同时也证实了γ→β的相变过程需要保温时间和β相的下种自催化作用。     

FOX-7转晶行为的太赫兹光谱及理论计算研究

1, 1 -二氨基- 2, 2 -二硝基乙烯(FOX-7)是一款新型高能钝感炸药, 为了研究温度变化对其分子结构特性的影响, 利用太赫兹时域光谱技术对持续升温(298K→393 K)过程中FOX-7 在0.2—2.5 THz 频率范围内的吸收光谱进行了在线探测, 结果发现随着样品温度的升高, FOX-7 的吸收谱带发生变化, 于384 K 时出现一个新的吸收特征峰, 且该吸收峰的峰强逐渐升高. 基于密度泛函理论(DFT), 对样品在298 K 和393 K 温度下的晶体结构进行了小于2.5 THz 范围内吸收频谱的模拟计算, 完成了对FOX-7 两种晶型实验吸收特征峰的指认. 分析表明FOX-7 的分子结构会受温度的影响而发生改变, 互为异构晶型的基团表现出的振动模式不同, 温度384 K 时FOX-7 开始发生α→β 晶型转变, 且该晶型转变过程是可逆的, 新出现的1.12 THz 特征峰在393 K 时的振动是由—NO₂ 和—NH₂ 的摆动及各自的扭动所致.     

Ca2P2O7温致相变的拉曼光谱研究

本文采用高温原位拉曼光谱研究了冷却方式对焦磷酸钙相变及其晶型制备的影响, 并结合第一性原理计算, 解析了α与β焦磷酸钙晶体的拉曼振动归属。研究表明, 从相变点之上快冷至室温可得到α焦磷酸钙; 当焦磷酸钙在1373 K保温时发生相变, 并进一步缓冷得到β焦磷酸钙; 而当在1373 K保温快冷可得到α与β的混合相, 混合相中各组分含量由相变点保温时间和冷却速率有关。高温原位拉曼光谱能原位观察无机材料制备过程中相的变化。     

LiIO_3多型性相变的进一步研究

本文用差热分析、恒温热处理、X射线衍射等方法,对LiIO_3在常压的相变过程做了进一步的研究。对于LiIO_3的常压相变机制有了较为详尽的了解 。并发现LiIO_3在高温可相对稳定存在三个相:β,η和δ,它们可分别自行熔化,其熔点相应为:432℃,421℃和416℃,从它们的热经历和存在的温度范围,表明其稳定性顺序为β>η>δ。在室温干燥空气中,与α相和β相共存的还有相,相升温放热转变为β相。在α相存在的温区里,相经过长时间热处理并不转变为α相,同时,相转变为β相的温度比α相高。与α→β的情况相同,β对→β也有诱导作用。而且的存在对α→β也有促进作用。θ相(θ_1与θ_2)与γ相一样,是相变过程的中间过渡相。     

Na_2MoO_4·2H_2O晶体及其熔体结构的温致变化

利用原位高温拉曼光谱技术并结合理论计算对Na_2MoO_4·2H_2O(NMHO)晶体的脱水、相变以及熔融过程中的振动特性以及微结构变化进行了系统研究。结果显示在373K,正交NMHO晶体脱水形成对称性更高的立方α-Na_2MoO_4(NMO);随着温度升高,α-NMO经历了如下相变:α→β→γ→δ;对已知晶型的NMHO、α-、γ-NMO晶体及熔体拉曼光谱分别进行了密度泛函理论和量子化学从头计算模拟并根据计算结果对振动模式进行了归属。     

流体静压力下LiIO_3晶体β→α相变的动力学过程

本文测量了在不同温度下,压力到12kbar,LiIO_3晶体β→α相变平均速率的压力关系。随压力增加,平均速率起先很快地增加,经过一个极大值,随后以比较缓慢的速率下降,文中还讨论了压力效应的物理意义。     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

 利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯的晶型及相变

人们一直尝试合成可以替代现今高能炸药的新型炸药，期望新型炸药在相同的感度水平有更高的性能，或者在相同的性能水平下有更低的感度。1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯（简称FOX-7）就是在这种要求下研究较为活跃的一种新型低感炸药。文献报道FOX-7有3种或4种相态，在室温下存在α相，在113℃转变成β相，下一个相变开始于160℃或170℃。文中利用四圆衍射仪测定FOX-7的晶体结构，变温X射线衍射仪（XRD）研究FOX-7在加热时发生的相变。     

流体静压力下LiIO3晶体β→α相变的动力学过程

本文测量了在不同温度下,压力到12kbar,LiIO₃晶体β→α相变平均速率的压力关系。随压力增加,平均速率起先很快地增加,经过一个极大值,随后以比较缓慢的速率下降,文中还讨论了压力效应的物理意义。 关键词：     

LiIO3多型性相变的进一步研究

本文用差热分析、恒温热处理、X射线衍射等方法,对LiIO₃在常压的相变过程做了进一步的研究。对于LiIO₃的常压相变机制有了较为详尽的了解。并发现LiIO₃在高温可相对稳定存在三个相:β,η和δ,它们可分别自行熔化,其熔点相应为:432℃,421℃和416℃,从它们的热经历和存在的温度范围,表明其稳定性顺序为β>η>δ。在室温干燥空气中,与α相和β相共存的还有ζ相,ζ相升温放热转变为β相。在α相存在的温区里,ζ相经过长时间热处理并不转变为α相,同时,ζ相转变为β相的温度比α相高。与α→β的情况相同,β对ζ→β也有诱导作用。而且的ζ存在对α→β也有促进作用。θ相(θ₁与θ₂)与γ相一样,是相变过程的中间过渡相。 关键词：     

离子注入合成β-FeSi2薄膜的显微结构

采用MEVVA源(MetalVaporVacuumArcIonSource)离子注入合成βFeSi2薄膜,用常规透射电镜和高分辨电镜研究了不同制备参数下βFeSi2薄膜的显微结构变化.研究结果表明:调整注入能量和剂量,可以得到厚度不同的βFeSi2表面层和埋入层.制备过程中生成的α,β,γ和CsCl型FeSi2相的相变顺序为γFeSi2→βFeSi2→αFeSi2,CsClFeSi2→βFeSi2→αFeSi2或βFeSi2→αFeSi2.当注入参数增加到60kV,4×1017ionscm2,就会导致非晶 关键词： β-FeSi2 半导体薄膜 金属硅化物 离子注入 透射电子显微镜     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯晶体热膨胀各向异性的模拟研究

对新型钝感高能炸药组分1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）,考察并选择了适用的分子力场和超晶胞初始构型,通过303K-378K温度范围在NPT系综下的分子动力学模拟（MD）,得到常压下各温度的FOX-7晶体平衡构型,发现随温度升高晶体内分子的取向和堆积方式不变;通过线性拟合求算出线膨胀系数,发现αb明显较大而αc与αa接近但不相等;接着采用密度泛函理论(DFT)方法随各向棱长膨胀的能量变化进行了模拟计算,发现得到的能量变化成各向异性并与各向热膨胀系数相关,从而建立FOX-7晶体特定分子堆积模式与热膨胀各向异性的关联。     

一元溶剂体系β-HMX球形化结晶形貌的分子动力学模拟

奥克托金(β-HMX)晶体形貌在很大程度上影响其安定性能、流散性和能量输出,其中溶剂对晶习的影响起着很关键的作用,因此研究溶剂对β-HMX结晶形貌影响的微观机理具有很重要的意义.运用分子动力学方法计算了五种溶剂作用下β-HMX五个重要的晶面层与溶剂层的相互作用能,对附着能进行了修正,预测了不同溶剂作用下β-HMX的晶体形貌.结果表明,β-HMX重要晶面与五种溶剂都呈吸引作用,五种溶剂都会对晶面的附着能产生很大影响,抑制晶面的生长速率,除N-甲基吡咯烷酮(NMP)外,其余四种溶剂作用下(020)面的相对生长速率都是最快的,在晶体的最终形貌中消失.二甲基亚砜(DMSO)溶剂作用下的晶体形貌相对比较好, N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己酮(CH)和NMP溶剂作用下的晶体形貌次之,γ-丁内酯(GBL)溶剂作用下的晶体形貌球形度最差.     

1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯晶体热膨胀各向异性的模拟研究

对新型钝感高能炸药组分1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),考察并选择了适用的分子力场和超晶胞初始构型,通过303K-378K温度范围在NPT系综下的分子动力学模拟(MD),得到常压下各温度的FOX-7晶体平衡构型,发现随温度升高晶体内分子的取向和堆积方式不变;通过线性拟合求算出线膨胀系数,发现αb明显较大而αc与αa接近但不相等;接着采用密度泛函理论(DFT)方法随各向棱长膨胀的能量变化进行了模拟计算,发现得到的能量变化成各向异性并与各向热膨胀系数相关,从而建立FOX-7晶体特定分子堆积模式与热膨胀各向异性的关联.     

纳米晶粒在高压下的相变

文章报道了纳米晶粒的晶粒尺寸对压力诱导相变的影响的最新研究进展．采用热力学理论揭示了纳米晶体材料的相变压力与同种大块材料不同的主要因素是体积变化率、表面能差和内能差．通过估算这3个因素的具体大小，可解释文献中报道的实验结果，并且可以确定同种大块材料和纳米晶体材料之间的相变压力发生差异的控制因素．在纳米晶体材料中，晶粒尺寸对结构稳定性和相变压力的影响与体系本身有关．     

离子注入合成β-FeSi2薄膜的显微结构

采用MEVVA源(Metal Vapor Vacuum Arc Ion Source)离子注入合成β-FeSi2薄膜,用常规透射电镜和高分辨电镜研究了不同制备参数下β-FeSi2薄膜的显微结构变化. 研究结果表明:调整注入能量和剂量,可以得到厚度不同的β-FeSi2表面层和埋入层. 制备过程中生成的α,β,γ和CsCl型FeSi2相的相变顺序为γ-FeSi2→β-FeSi2→α-FeSi2,CsCl-FeSi2→β-FeSi2→α-FeSi2或β-FeSi2→α-FeSi2. 当注入参数增加到60kV,4×1017ions/cm2,就会导致非晶的形成,非晶在退火后会晶化为β-FeSi2相,相变顺序就变为非晶→β-FeSi2→α-FeSi2. 随退火温度逐渐升高硅化物颗粒逐渐长大,并向基体内部生长,在一定的退火温度下硅化物层会收缩断裂为一个个小岛状,使得硅化物/硅界面平整度下降. 另外,对于β-FeSi2/Si界面取向关系的研究表明,在Si基体上难以形成高质量β-FeSi2薄膜的原因在于多种非共格取向关系的并存、孪晶的形成以及由此导致的界面缺陷的形成.     

HMX不同晶型热膨胀特性及相变的ReaxFF分子动力学模拟

HMX（octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine）晶体不同晶型对温度的响应对于深入认识含能材料在外加载荷下的感度、稳定性、相变等具有重要意义．采用ReaxFF—lg势函数和等温等压分子动力学（NPT-MD）方法,研究了β-,δ-和α-HMX三种固态晶型在T=303—503K内的晶体结构和分子结构．结果表明,ReaxFF—lg势函数能够合理地描述HMX晶体的热膨胀行为,计算得到的晶体结构和热膨胀系数与实验数据比较符合．三种晶型的线膨胀系数表明,β-HMX晶体具有明显的热膨胀各向异性;δ-HMX晶体C轴的热膨胀特性与a,b轴略有不同;α-HMX晶体三个方向的热膨胀特性基本相同．三种晶型的体膨胀系数为8-HMX〉α-HMX〉β-HMX,表明δ-HMX晶体对温度最敏感,这可能是δ-HMX晶体具有更高感度的原因．在T=443K时,β-HMX晶体的晶胞参数突变,且部分分子构型由“椅式”转变为“船式-椅式”．采用两相热力学模型（2PT）得到的亥姆赫兹自由能表明,β—HMX晶体在T=423—443K时发生相变．β-,δ-和α-HMX晶体分别在T=303—423K,T=443—503K和T=363-423K内稳定存在．     

Na_2TiO_3晶型及其相变的高温原位拉曼光谱与X射线衍射联合研究

本文设计了α、β和γ三种晶型的Na_2TiO_3晶体的制备方法,采用固相烧结技术成功制备了该晶体的上述三种晶型,并对其常温拉曼光谱进行了比较研究。对其中已知晶型结构的γ-Na_2TiO_3的拉曼光谱进行密度泛函理论的模拟计算,基于计算对其拉曼光谱高频区主要振动模式进行归属。运用高温原位拉曼光谱技术和X射线衍射技术对无序型亚稳态α-Na_2TiO_3晶体升温过程的相变及其结构变化进行了原位追踪与研究,为不同晶型的Na_2TiO_3晶体的温致结构演变及晶型的鉴定提供重要的实验依据。     

冲击加载下FeMnNi合金相变和层裂特性实验研究(英文)

采用激光速度干涉仪(VISAR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)联合测试技术,利用等厚对称加载和逆向加载实验,研究了Fe MnNi合金的冲击相变和层裂行为。结果发现:加载压力大于6.5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生α→ε相变;中心稀疏波的卸载作用使内压力降至4~5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生ε→α逆相变,并伴有卸载稀疏冲击波形成。分析Fe MnNi合金样品中塑性波、相变波、稀疏波和稀疏冲击波的传播作用过程,发现加载压力大于其相变应力时,等厚对称加载下Fe MnNi合金存在产生层裂行为的物理机制。