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表面技术 2022年第11期51卷 253-261页

作者：曹之鸿何洪途李洪涛李炳宏银颖余家欣西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室四川绵阳621000 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

目的揭示β-hmx晶体在微观尺度下的摩擦和磨损特性。方法对β-hmx晶体进行镶样抛光,并使用圆锥形金刚石探针在纳米划痕仪上进行定载划痕试验,获得β-hmx晶体在不同法向载荷和滑动速度下的划入深度、残余深度和摩擦因数,再通过光学显微... 详细信息

目的揭示β-hmx晶体在微观尺度下的摩擦和磨损特性。方法对β-hmx晶体进行镶样抛光,并使用圆锥形金刚石探针在纳米划痕仪上进行定载划痕试验,获得β-hmx晶体在不同法向载荷和滑动速度下的划入深度、残余深度和摩擦因数,再通过光学显微镜表征晶体的表面损伤形貌。结果当法向载荷从0.5 mN增加到3.5 mN,β-hmx晶体表面摩擦因数约增大2倍,划入深度和残余深度也明显增加,晶体表面发生从弹性变形到塑性变形再到脆性去除3个阶段。当滑动速度从5μm/s逐渐增加到100μm/s时,β-hmx晶体表面的摩擦因数减小约17%,划入深度和残余深度缓慢降低,晶体表面损伤形貌无明显区别。结论β-hmx晶体的摩擦因数随法向载荷的增加而增大,随滑动速度的增加而减小,且黏着摩擦因数大于犁沟摩擦因数。随着法向载荷的增加,划痕的划入深度和残余深度增加,弹性恢复率减小。随着滑动速度的增加,划痕的划入深度和残余深度减小,弹性恢复率增加。另外,随着法向载荷的增加,晶体的损伤形式经历从弹塑性变形到脆性破坏的转变,而随着滑动速度的增加,损伤情况变化不明显,表面损伤机制表现为机械性损伤与去除。

关键词： β-hmx晶体纳米划痕法向载荷滑动速度划痕深度弹性回复摩擦因数

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β-hmx晶体单轴压缩及绝热压缩的分子动力学模拟

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高压物理学报 2010年第5期24卷 326-332页

作者：石一丁黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

采用COMPASS(Condensed-Phase Optimized Molecular Potential for Atomistic Simulation Studies)力场,对β-hmx晶体的单轴压缩进行了分子动力学模拟,压缩方向分别垂直于β-hmx晶体的(100)、(010)和(001)晶面。模拟结果表明,垂直于不同晶面的单轴压缩得到的状态方程不同,显示出β-hmx晶体单轴压缩的各向异性。利用NpH系综对β-hmx晶体进行了绝热静水压缩模拟,得到的绝热静水压缩线处于等温静水压缩线的上方,与实验结果更加吻合。绝热压缩下,体系温度升高,各压力作用下体系温度的模拟结果与理论计算得到的冲击温度比较接近,说明COMPASS力场和NpH系综适用于模拟β-hmx晶体的绝热压缩。利用分子动力学方法模拟炸药的绝热压缩,可以预估炸药的冲击温度。

关键词：分子动力学 β-hmx晶体压缩各向异性绝热压缩冲击温度

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β-hmx晶体结构及其性质的高水平计算研究

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化学学报 2002年第2期60卷 194-199页

作者：姬广富肖鹤鸣董海山南京理工大学化学系中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621900 中国工程物理研究院化工材料研究所

对 β hmx晶体进行DFT B3LYP/ 6 31G 计算研究 ,求得其能带结构和电子结构 ,探讨了结构 -性能关系 .从带隙约为 5 .7eV推知hmx晶体为绝缘体 .计算所得晶格间相互作用能为 149 2 9kJ·mol-1;计算的升华热 (15 4 0 8kJ·mol-1)与实验... 详细信息

对 β hmx晶体进行DFT B3LYP/ 6 31G 计算研究 ,求得其能带结构和电子结构 ,探讨了结构 -性能关系 .从带隙约为 5 .7eV推知hmx晶体为绝缘体 .计算所得晶格间相互作用能为 149 2 9kJ·mol-1;计算的升华热 (15 4 0 8kJ·mol-1)与实验值相符 .晶体中相邻分子的硝基氧之间点电荷静电势极高 ,表明该处晶格易于断裂、并可能成为冲击引爆中心 .从原子间距和原子间重叠布居分析 ,发现 β hmx分子之间存在微弱的氢键 ;环外以硝胺键较弱 ,环内以N—C键较弱 ,预示该二部位易于引发分解和起爆 .

关键词： β-hmx晶体密度泛函理论能带结构电子结构环四甲撑四硝胺奥克托金猛性炸药

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晶体各向异性对β-hmx的纳米摩擦学行为的影响

晶体各向异性对β-HMX的纳米摩擦学行为的影响

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作者：曹之鸿西南科技大学

学位级别：硕士

炸药在意外刺激下的点火是人们重点关注的问题。其中,摩擦作为非冲击载荷成为引发炸药点火的主导机制之一,已受到人们的广泛关注。本文研究对象β-hmx(β型环四亚甲基四硝胺)晶体作为一种高聚物粘结炸药(PBX)体系的重要组成部分,因其良... 详细信息

炸药在意外刺激下的点火是人们重点关注的问题。其中,摩擦作为非冲击载荷成为引发炸药点火的主导机制之一,已受到人们的广泛关注。本文研究对象β-hmx(β型环四亚甲基四硝胺)晶体作为一种高聚物粘结炸药(PBX)体系的重要组成部分,因其良好的综合性能而广泛应用于各领域。β-hmx晶体作为一种含能晶体,目前其摩擦学行为研究主要通过宏观实验进行,其摩擦特性来自粘结剂和含能晶体的共同作用。最重要的是,从宏观尺度的实验中无法区分粘结剂和含能晶体对摩擦的贡献,对于β-hmx晶体基础摩擦特性仍处于缺失状态。此外,由于晶体生长方法限制,β-hmx单晶尺寸较小,采用传统的摩擦磨损实验方法难以深入揭示β-hmx的摩擦机制,并且存在安全隐患。为此,本论文采用纳米压/划痕技术,结合晶体位错滑移理论,以β-hmx晶体主要生长面的(011)晶面和(110)晶面为研究对象,深入研究β-hmx晶体在不同晶面下力学性能的差异以及摩擦磨损行为的各向异性,揭示β-hmx单晶在微观尺度的摩擦磨损行为。为了探究β-hmx晶体微观摩擦磨损的基本规律及机理,区分粘结剂和含能晶体对摩擦贡献的影响。本文基于纳米压/划痕仪,首先,通过定载划痕实验研究不同法向载荷和滑动速度对β-hmx晶体纳米划痕性能的影响,并利用拉曼光谱分析探究其表面损伤形式。然后,通过纳米压痕仪对β-hmx晶体(011)面和(110)面两个晶面进行压痕实验,探究不同晶面的弹性模量和硬度差异。最后,通过变载划痕实验研究(011)面和(110)面各向异性特性,并探究不同滑动速度对晶体各向异性划痕性能的影响,探明β-hmx晶体不同晶向的纳米划痕性能。基于以上研究,本文主要结论如下:(1)β-hmx晶体的摩擦系数随法向载荷增加而增大,随滑动速度的增加而减小,界面的粘着摩擦系数均大于犁沟摩擦系数。随着法向载荷增加,划痕的划入深度和残余深度增加,弹性回复率减小。随着滑动速度增加,划痕的划入深度和残余深度减小,弹性回复率增加。另外,随着法向载荷增加,晶体的损伤形式经历从弹塑性变形到脆性破坏的转变,而随着滑动速度增加,损伤情况变化不明显,表面损伤机制表现为机械性损伤与去除。(2)β-hmx晶体在(011)晶面和(110)晶面的微观力学特性不完全一致。两个面的弹性模量基本相同,但(011)面硬度大于(110)面的硬度,且(110)面力位移曲线易出现pop-in(加载突进)现象,这与滑移面垂直于材料表面易产生位错有关。(3)β-hmx晶体(011)面的纳米划痕损伤的各向异性不明显,但(110)面的纳米划痕损伤存在明显各向异性。随着滑动速度改变,β-hmx晶体每个晶向上的材料磨损和摩擦系数并无显著变化,而弹塑性临界载荷随着滑动速度的增加而增大。进一步分析表明,β-hmx纳米划痕损伤存在各向异性的主要原因是晶体在不同晶面和晶向上激活对应滑移系的能力具有显著差异。

关键词： β-hmx晶体纳米划痕摩擦磨损滑移系各向异性

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