[发明专利]一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法

说明书

本发明公开了一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法，该方法适合炸药散粒体、其他含能材料晶体或颗粒材料的力学性能与细观结构同步的表征，其试验流程包括试样准备、试样安装、力学‑光学显微镜组合试验系统参数调节、力学‑光学实时监测试验、散粒体的压缩性能和光学图像分析、力学性能与细观结构同步表征等六个步骤；并设计了一套专用的压缩试验夹具，提出了力学性能与细观结构同步表征的评价依据。本发明监测了单个散粒体在压制过程中的形变特性，试验过程可观察，试验条件更加科学、合理，提高了表征的准确性，同时该方法操作简单，对实验人员要求较低。

技术领域

本发明属于炸药性能和细观结构表征领域，涉及一种基于力学-光学显微镜组合试验系统实时对单个散粒体的压缩性能及其细观形变结构进行实时监测的表征方法，尤其涉及一种针对炸药散粒体在力学载荷作用下，获得应力-应变关系和实时细观结构变化的基本步骤与评价判据。

背景技术

典型高能炸药散粒体由高分子粘结剂将含能材料粘结经工艺成型，其微观结构由含能材料晶体、高分子粘结剂、含能材料与粘结剂的微界面组成，当在压制过程中，散粒体既有位移又有颗粒的弹性变形还有部分颗粒的脆性变形，其内部的含能材料晶体之间、含能材料晶体与高分子粘结剂之间以及孔隙等界面对散粒体的微结构均会产生不同的影响。炸药压制过程中散粒体及其组分的状态变化，对于压制参数的设定、成型件的密度及质量控制具有重要意义，其中散粒体颗粒的变形和破碎是力学性能变化最集中的阶段，因此分析散粒体在力载荷作用下形变结构特性变化对于散粒体成型和炸药质量控制具有关键性作用和重要意义。

单个散粒体力学性能-细观结构同步表征方法指单个散粒体在力载荷作用下进行压缩试验，同时获得散粒体的压缩性能和细观结构形貌，对散粒体的形变特性进行表征评价。散粒体压制成型过程一直处于“黑匣子”状态，难以直接观察到散粒体及其组分的动态变化，通常，火炸药的微结构和微力学性能方法，主要通过测定晶体内部结构(如裂纹、栾晶、空隙总量下限)和微形貌结构(如长径比、球形度、颗粒度)，通过液体沉浮实验、光传导光学显微镜法观察晶体内部缺陷；扫描电镜法观察晶体表面结构；水银孔隙率法测定0.005～50μm的孔隙，用X射线小角散射仪测试晶体内部微纳米缺陷，获得晶体颗粒缺陷和散粒体成型性之间的关系，认为晶体的内部缺陷、表面缺陷均影响装药安全性。同时国内微结构完整性定量表征技术主要运用微力学损伤、微图像分析手段，由于压制成型过程中一直处于“黑匣子”中，难以直接观察到散粒体及其组分的动态变化，因此，目前主要是对某个压力的时间点下的成型件、散粒体、炸药晶体的状态进行表征，目前的表征技术手段主要有：电子显微镜、折光匹配显微镜、偏光显微镜、扫描电镜、表观密度、计算机X射线层析成像(computedtomography，CT)等。随着控制技术和计算机技术的发展，X射线层析成像技术逐渐应用到炸药细观结构表征和过程监测中。X射线层析成像可无损表征散粒体颗粒受压过程内部结构演变，颗粒形态变化和相互接触关系能够揭示受压颗粒间作用模式，颗粒位移则能间接反映炸药内部应力传递情况。这些表征手段，都是单一的对含能材料晶体进行的微力学性能和微图像分析表征，显然不适用于散粒体的微力学性能和微结构的同步表征。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法，以解决炸药散粒体、含能材料晶体或其它颗粒材料在微力学与微细观结构同步表征存在的问题，该方法包括试样准备、试样安装、力学-光学显微镜组合试验系统参数调节、力学-光学实时监测试验、散粒体的压缩性能和光学图像分析、力学性能与细观结构同步表征等步骤。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法，包括以下步骤：

步骤一，试样准备：将散粒体粉碎处理成能通过筛孔为5.0mm筛子的颗粒，并剔除掉通过筛孔0.2mm筛子的细小颗粒；对于不需要粉碎处理就可以通过筛孔5.0mm筛子的散粒体，采用原样进行试验；