RDX晶体的破碎与细观断裂行为

但 无论 是在处 理过 程还 是 使 用过 程 中 ， 机 械 应力 的影
响不可 忽视 。在准 静态 的 机械 应 力作 用 下 （ 比如 压 制 或 研磨 ） ， 颗粒 聚集 体 （ 由平 均 粒径 为 数 百微 米 大小 的 晶体颗 粒组成 ） 中的含 能 晶体 颗粒 由于 相互 挤压 会 发 生 破碎 ， 而从 更小 的尺度 上观察 ， 这种 破碎 又和 晶体 中
数 和断裂韧性 ， 但是 在 晶体 的细观 断裂 表 面能 计算 、 细
观断裂过程 和机制方面 的研究还较 少 ， 本研究 以广泛 使
用的 Ｒ Ｄ Ｘ晶体 为对象 ， 研究在 Ｒ ＤＸ颗粒 聚集体 中发生
的破碎 以及在 压痕作用下 的单 晶体 的细观断裂行为 。
固有缺 陷位置 的微 细观 断裂有密 切关 系 。在 高应 变率 冲击载 荷作 用 下 ， 含 能 晶体 颗 粒 的 断 裂 更 为 复 杂 ， 比
应 力 状 态 可 以 用 图 １来 表 示 （ 需要指 出 的是 ， 如果 图 １
基 于物理与力学过程 的分析 ， 外界刺激输 入给 晶体
断裂 的 能 量 可 以分 为 几个 份 额 ：（ １ ） 弹性 应 变 能 ；
（ ２ ） 塑性 变形 功 ； （ ３ ） 裂纹 尖 端介 质 分 离 ； （ ４） 表面能；
１ 引 言
在 工程应 用 中 ， 含能 材 料 多 以混 合 体 系 的形 式 出 现， 比如 塑料粘 结炸 药 、 双 基 推进 剂 等 。 但 含 能 晶体 仍
பைடு நூலகம்
（ ５ ） 裂纹 尖 端 物质 喷 射 动 能 ； （ ６ ） 向外 作 用 的应 力 波 。 这几个能 量份 额 中， 弹性 应 变 能 和化 学 反应 的关 系 不 大， 而塑性变形 功等其他能量份额则 与化学反 应有 密切 联系， 特别是 断裂过 程 中的能量释放 和化学能 有重要 联 系 。如果 获得 晶体 的弹性 常数 则可 以计 算 出弹性 应 变
然 是混 合体 系中 的核 心组 分 。近年 来 ， 通 过对 含 能 晶
体 颗粒 的重新 处 理 （ 如重结晶、 球形 化 、 微纳米化等 ）
能显 著 提高含 能材料 的安 全 、 燃 烧和力 学等 性能
。
能， 而通过 晶体 断裂韧性则可 以计算 出断裂 表面能或 塑
性功 ， 现 阶段 已经陆续获得一些重要 含能 晶体 的弹性 常
摘 要 ： 研究了 Ｒ ＤＸ晶体 颗 粒集 合 体 的破 碎 以及 单 晶体 的 细观 断 裂 行 为 。对 三 种 Ｒ Ｄ Ｘ晶 体 颗 粒 的 压 制 响应 行 为进 行 了研 究 ， 通 过
定 义破 碎 比来 描述 晶体 的凝 聚 强 度 和破 碎 程度 。实 验测 定 表 明 ， 商业 级 粗 原 料 颗 粒 破 碎 比最 高 ， 约为 １ ． ５ ３ ， 最易破碎 ， 而 重 结 晶 颗 粒 为 １ ． ４ ７ ， 球 形 化 颗粒 的 破碎 比最 小 ， 为 １ ． １ ７ ， 最 不 易破 碎 。在 压 痕试 验 中 ， 研究首次报道了 Ｒ ＤＸ （ ２ １ ０ ） 面 上 的 规 则 跳突 现 象 。根 据 加
如， 有 观点认 为 ， 含 能 晶体 中的动 态 断裂 和液体 炸 药 中 的空化非常类似 ， 即在裂纹 尖端位置发 生 了物 质的高速 微 喷射 ， 这种微喷射 过程 和化学反应 即起爆有 高度 的关 联性 。Ｊ ． Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ在总结热点 的起爆 机理 时 ， 将 裂纹尖端位 置的生热列为重要机 制之一 ， 而关于惰 性材料 的许多研 究也表 明， 裂纹扩展 时尖端 可能产生较高 的温度 。
２ 试 验 与讨 论
２ ． １ 聚集 体 中 Ｒ Ｄ Ｘ 的 破 碎
和绝 大 多数 含 能 晶体 一样 ， Ｒ ＤＸ在 实 际应 用 中 ， 基 本都是 以颗粒 聚 集体 的方 式 出现 ， 即 由粒 径 在微 米
（ 从 数微米 到数 百 微 米 ） 级 的 晶体颗 粒 组 成 具 有 统 计 平 均意 义 的集 合体 ， 在浇注 装药过 程 中 ， 以颗 粒 固相 形 式存 在 ， 在压装装 药 中初始 则 以 固体 “ 离 散单 元 形式 ” 存 在 。对 于颗 粒聚 集体 ， 即便 宏 观 的应 力 边 界条 件 很 简单 （ １ ： Ｌ ￣ ｎ 在 圆柱模 具 中压 制 ） ， 单 个 颗粒 的应 力状 态 也非 常复杂 。如在 压 制过 程 中 ， 单 个 晶体 颗 粒可 能 的
关键词 ： 材 料 力 学 ；Ｒ ＤＸ晶体 ；颗 粒 破碎 ；细 观 断 裂 ； 纳 米 压 痕 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｉ ５ ５ ；Ｏ３ ４ 文 献 标识 码 ： Ａ ＯＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ９ ９ ４ １ ． ２ ０ ｌ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ８
载 卸 载 曲线 ， 计算了 Ｒ Ｄ Ｘ的屈服应 力 为 ４ ６ ５ ＭＰ ａ ， 远 低于压 痕试 验测 定 的硬度 值 ５ ５ ０ ＭＰ ａ ， 进 一步 计算 了加 载卸载 曲线 的振 荡应 力幅 值为
８ ＭＰ ａ ， 其 对应 的压 入深 度 为 １ ｍ， 即Ｒ Ｄ Ｘ晶体 （ ２ １ Ｏ ） 面上 规则 跳突现 象 发生在 约 为 １ ｍ 的深 度范 围 ， 文 中讨论 了这 一深 度值 的意 义 。
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李 明 ，陈天 娜 ，庞海 燕 ，黄 明
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ９ ４ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ２ ０ ０ — ０ ５
Ｒ ＤＸ晶体 的 破 碎 与 细 观 断 裂 行 为
李 明， 陈天娜， 庞海燕， 黄 明
（ 中 国 工 程 物 理研 究 院 化Ｚ － 材 料 研 究所 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ）