研究含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型的各實(shí)施方式涉及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及研宄含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]含能材料是一類本身具有較高能量性能、可釋放大量能量的材料，它在航天、軍工以及其它高科技領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛，因此對于含能材料反應(yīng)機(jī)理的研宄一直是個(gè)熱點(diǎn)。要想研宄物質(zhì)反應(yīng)機(jī)理，就必須要對反應(yīng)過程中的化學(xué)動力學(xué)過程和分解通道進(jìn)行分析，這主要是依據(jù)中間產(chǎn)物的瞬態(tài)實(shí)時(shí)測量。在這方面，各種光譜分析技術(shù)可被用來作為探測含能材料原子分子水平的一種手段，它有利于更全面更深入地了解沖擊波作用下物質(zhì)的物性變化及相應(yīng)的機(jī)理。
[0003]國外是從80年代開始對含能材料分解微觀機(jī)理進(jìn)行研宄的。實(shí)驗(yàn)上主要采用分子束質(zhì)譜儀、紫外/可見吸收光譜、自發(fā)拉曼光譜儀、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀等技術(shù)，但是由于含能材料快速反應(yīng)時(shí)間為微秒量級甚至更短，一般的儀器的響應(yīng)時(shí)間達(dá)不到，因此不能對中間和最終產(chǎn)物隨時(shí)間的變化過程進(jìn)行研宄。國外有些機(jī)構(gòu)采用激光誘導(dǎo)熒光、高放大率錄象和高速攝影機(jī)等技術(shù)，這些方法雖然能鑒別在沖擊壓縮過程中材料內(nèi)部所發(fā)生的物理和化學(xué)過程，但是這些儀器價(jià)格昂貴，且有些設(shè)備進(jìn)口受到限制，一般單位和機(jī)構(gòu)很難購買。因此國內(nèi)大都限于熱分析的方法，而熱分析方法是一種在緩慢溫度程序控制下研宄材料的轉(zhuǎn)變和反應(yīng)的過程，它并不能真正模擬含能材料在高溫高壓條件下快速反應(yīng)(燃燒、爆炸等)的過程。以上這些原因都極大地限制了含能材料快速反應(yīng)微觀機(jī)理的研宄工作。
[0004]針對由于經(jīng)費(fèi)和國外對高科技技術(shù)的限制等原因很難成套購買適用于沖擊瞬態(tài)光譜測試設(shè)備的問題，本實(shí)用新型通過現(xiàn)有光譜儀器進(jìn)行組裝使之能夠滿足沖擊光譜實(shí)驗(yàn)的要求，并提出一種以理論模擬和動態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合來研宄含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的新方法和裝置。這種方法不僅可大大減少實(shí)驗(yàn)量，而且能真實(shí)模擬含能材料快速反應(yīng)時(shí)的狀態(tài)，更貼近實(shí)際應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有對沖擊瞬態(tài)光譜測試設(shè)備價(jià)格昂貴、進(jìn)口困難以及對含能材料在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)機(jī)理較難研宄等問題，提供主要由單色譜儀、光電倍增管及示波器組成的沖擊瞬態(tài)光譜測試裝置，并提出一種以理論模擬和動態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合來研宄硝銨類含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的新方法和裝置。
[0006]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0007]理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合是研宄含能材料反應(yīng)機(jī)理最有效的方法，也是含能材料研宄發(fā)展趨勢。因此本項(xiàng)目的研宄從實(shí)驗(yàn)研宄和理論研宄兩個(gè)方面進(jìn)行:
[0008]實(shí)驗(yàn)上:利用以激波管為加載工具，由多臺單色譜儀組成的瞬態(tài)譜測試系統(tǒng)，對含能材料快速反應(yīng)的中間產(chǎn)物信號進(jìn)行同步采集，利用獲取的信號數(shù)據(jù)來修正計(jì)算出的反應(yīng)的動力學(xué)特征。
[0009]理論上:我們利用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件計(jì)算出我們實(shí)驗(yàn)條件下(溫度和壓強(qiáng)由實(shí)驗(yàn)得出)含能材料快速反應(yīng)的中間產(chǎn)物的反應(yīng)動力學(xué)曲線。并對含能材料快速反應(yīng)的反應(yīng)通道速率(K):K = ATpexp (-E/RT)中的Α、β、Ε給予調(diào)整，使調(diào)整后反應(yīng)動力程序模擬的動力學(xué)特征曲線和實(shí)驗(yàn)測定的主要產(chǎn)物輻射強(qiáng)度的變化曲線的“三點(diǎn)”時(shí)間盡量的吻合，這樣修改后得到的反應(yīng)模型可以較為準(zhǔn)確的反映出實(shí)驗(yàn)條件下含能材料快速反應(yīng)的真實(shí)過程。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的第一方法，提供了一種研宄含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的裝置，其特征在于:包括激波管、樣品固定裝置以及單色譜測試系統(tǒng)，其中激波管包括點(diǎn)火裝置、驅(qū)動段充氣口、實(shí)驗(yàn)段充氣口、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、聚乙稀薄膜和光纖出口 ；樣品固定裝置包括光纖觀察口、高溫管保護(hù)的光纖、圓環(huán)底座和樣品袋；單色譜測試系統(tǒng)包括分光裝置、單色譜儀、光電倍增管、電荷放大器、數(shù)字示波器和電纜線。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，樣品固定裝置放在第一壓力傳感器的正下方，以保證壓力傳感器和光纖記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，光纖通過光纖觀察口耦合到樣品固定裝置上，且端面背向沖擊波傳播方向，以防止光纖的誤觸發(fā)，光纖用高溫管和波紋管保護(hù)，以免光纖在高溫情況下受到損傷而影響光信號的傳輸。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，激波管長6.0Om,內(nèi)徑為1cm ;第一壓力傳感器和第二壓力傳感器間隔55cm，第一壓力傳感器距離激波管末端為2.45m。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，選擇帶寬500MHz、四通道的數(shù)字示波器，光譜范圍300-650nm的光電倍增管，反射式單色譜儀，直徑0.9mm的普通石英光纖。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種通過理論模擬和動態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合來研宄含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的方法，其特征在于:使用基于激波動態(tài)混合法研宄硝銨類炸藥爆炸的裝置，該裝置包括激波管、樣品固定裝置以及單色譜測試系統(tǒng)，其中激波管包括點(diǎn)火裝置、驅(qū)動段充氣口、實(shí)驗(yàn)段充氣口、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、聚乙烯薄膜和光纖出口 ；樣品固定裝置包括光纖觀察口、高溫管保護(hù)的光纖、圓環(huán)底座和樣品袋；單色譜測試系統(tǒng)包括分光裝置、單色譜儀、光電倍增管、電荷放大器、數(shù)字示波器和電纜線；該方法包括:
[0016]將單色儀定位在主要產(chǎn)物特征譜線位置處，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后由數(shù)字示波器記錄特征譜線隨時(shí)間的強(qiáng)度變化，即時(shí)間歷史曲線，以此探討含能材料沖擊分解主要組分隨時(shí)間的變化情況；以及
[0017]用反應(yīng)動力計(jì)算程序模擬含能材料快速反應(yīng)的動力學(xué)特征曲線，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測定的主要產(chǎn)物的出現(xiàn)時(shí)間、拐點(diǎn)時(shí)間和最大峰時(shí)間，對含能材料快速反應(yīng)的反應(yīng)通道進(jìn)行修正，對原先的反應(yīng)通道給予適當(dāng)?shù)奶砑踊騽h減，并且對反應(yīng)通道的速率K:K = AT β exp (-E/RT)中的Α、β、E給予調(diào)整，其中A為指前因子，β為溫度指數(shù)，E為活化能，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度，使得根據(jù)修改后的參數(shù)所擬合出來的曲線和在實(shí)驗(yàn)中測到的主要產(chǎn)物出現(xiàn)時(shí)間及拐點(diǎn)時(shí)間、最大峰時(shí)間盡量的吻合；由此得到的簡化反應(yīng)模型著重考慮主要路徑，舍棄影響較弱的反應(yīng)，可以準(zhǔn)確地反映出實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件下含能材料快速反應(yīng)的真實(shí)過程。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，其特征在于:實(shí)驗(yàn)中以第一壓力傳感器接收到的壓力信號Pl為觸發(fā)信號，將與壓力信號Pi同步對應(yīng)的光電信號時(shí)間tl作為記錄的零點(diǎn)。
[0019]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，激波管長6.0Om,內(nèi)徑為1cm ;第一壓力傳感器和第二壓力傳感器間隔55cm，第一壓力傳感器距離激波管末端為2.45m。
[0020]根據(jù)本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施例，選擇帶寬500MHz、四通道的示波器，光譜范圍300-650nm的光電倍增管，反射式單色譜儀，直徑0.9mm的普通石英光纖。
[0021]本實(shí)用新型所具有的有益效果為:
[0022]1.操作簡單、成本較低；2.瞬態(tài)光譜靈敏度要遠(yuǎn)高于熱分析技術(shù)；3.和理論計(jì)算相結(jié)合不僅大大減少實(shí)驗(yàn)量，而且還可修正計(jì)算出的反應(yīng)的動力學(xué)曲線；3.能真實(shí)模擬含能材料爆炸燃燒時(shí)的狀態(tài)，更貼近實(shí)際應(yīng)用。本實(shí)用新型的這種新方法為含能材料的快速反應(yīng)機(jī)理的研宄提出了新思路。
【附圖說明】
[0023]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下文對示范性實(shí)施方式的詳細(xì)描述時(shí)，這些以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中:
[0024]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的研宄含能材料快速反應(yīng)機(jī)理的裝置使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為示波器記錄的單色譜的輻射強(qiáng)度的變化圖；以及
[0026]圖3為反應(yīng)動