專利名稱：含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于含能晶體材料制備領(lǐng)域，具體涉及含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品的制備方法。
背景技術(shù)：
大量研究表明，炸藥的晶體品質(zhì)(如純度、密度、晶體形態(tài)、顆粒度以及空隙率等) 是影響炸藥易損性的主要因素之一，通過改善單質(zhì)炸藥的晶體品質(zhì)可以在保持炸藥原有做功能力的同時(shí)提高其安全性能，特別是降低沖擊波感度性能。近年來通過結(jié)晶技術(shù)研究提高單質(zhì)炸藥晶體品質(zhì)，制備各類降感單質(zhì)炸藥成為國(guó)內(nèi)外含能材料研究的熱點(diǎn)。國(guó)外先后有多家單位如法國(guó)SNPE公司、澳大利亞ADI公司、挪威Dyno Nobel公司、德國(guó)ICT等開發(fā)出各類降感RDX(RS-RDX)。國(guó)外RS-RDX制備技術(shù)普遍采用的是不同溶劑下的非線性程序降溫結(jié)晶技術(shù)，國(guó)內(nèi)也研究了 RDX在不同溶劑(如二甲基亞砜、丁內(nèi)酯、環(huán)己酮、N-甲基吡咯烷酮等)中的冷卻結(jié)晶技術(shù)。但目前國(guó)內(nèi)外報(bào)導(dǎo)的RDX各類降溫結(jié)晶方法難以制備50μπι 以下的細(xì)顆粒產(chǎn)品，無(wú)滿足炸藥配方設(shè)計(jì)所需要的細(xì)顆粒產(chǎn)品要求。另外傳統(tǒng)降溫結(jié)晶技術(shù)制備的產(chǎn)品粒度分布寬，為了得到配方設(shè)計(jì)所需要的粒度，通常是采用篩分手段制備不同粒度分布的產(chǎn)品，這種方法不但增加了工藝過程，更重要的是造成大量原料的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種粒度分布窄，晶體品質(zhì)高的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品的制備方法。采用本方法不但可以有效控制產(chǎn)品粒度，得到50μπι以下的細(xì)顆粒產(chǎn)品，而且還可以有效保證產(chǎn)品的晶體品質(zhì)，得到顆粒形態(tài)規(guī)整、粒度分布窄，內(nèi)部透明、表面光滑、化學(xué)純度和晶體表觀密度高、晶體缺陷少的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒，從而大大提高了產(chǎn)品的安全性能，力學(xué)性能和加工性能，用于澆注和壓裝ΡΒΧ，可顯著降低沖擊波感度。本發(fā)明的核心內(nèi)容是在降溫結(jié)晶(冷卻結(jié)晶)過程中引入功率超聲技術(shù)，采用超聲降溫結(jié)晶方法制備平均粒徑約IOym至50 μ m的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒。即(1) 將普通含能晶體材料高溫溶解于不同溶劑中形成飽和結(jié)晶溶液。( 將結(jié)晶溶液按一定速率降溫，同時(shí)攪拌并超聲處理。( 等結(jié)晶溶液溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，停止超聲、降溫和攪拌，過濾，洗滌，干燥，得到含能晶體材料高品質(zhì)細(xì)顆粒。本發(fā)明采用的超聲頻率為20kHz至80kHz，超聲功率密度(單位體積的功率W/cm3) 大于 IXlO3W · cm3。所述的溶劑采用丁內(nèi)酯、丁內(nèi)酯-水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、環(huán)己酮、環(huán)己酮-水、乙酸乙酯等溶劑中的一種或幾種。所述結(jié)晶溶液的起始溫度為40°C至120°C;降溫速率0. I0C /min至10°C /min ；結(jié)晶溶液的設(shè)定溫度為5°C至60°C。本發(fā)明的方法適用于如下含能晶體材料，主要包括RDX、PETN、HMX, CL-20、F0X-7。
采用本發(fā)明的超聲降溫結(jié)晶方法制備的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品晶體缺陷少，晶體表觀密度達(dá)到晶體理論密度的99. 9 %以上，顆粒形態(tài)好，球形度高，粒度分布窄，沖擊波感度顯著降低。采用超聲溶析結(jié)晶技術(shù)，使得其它結(jié)晶工藝參數(shù)如起始溶液濃度、結(jié)晶溶液溫度、 降溫速率、攪拌速率等對(duì)產(chǎn)品晶體品質(zhì)影響較小，更易得到顆粒形態(tài)好、晶體密度高的高品質(zhì)含能晶體材料。功率超聲的頻率和功率密度(單位體積的功率W/cm3)對(duì)于晶體粒度影響較大，強(qiáng)功率和低頻率更易制備細(xì)顆粒產(chǎn)品。


圖1為實(shí)施例一制備的高品質(zhì)RDX細(xì)顆粒折光指數(shù)匹配光學(xué)顯微鏡圖片。圖2為實(shí)施例二制備的高品質(zhì)RDX細(xì)顆粒折光指數(shù)匹配光學(xué)顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :RDX在丁內(nèi)酯溶劑中的超聲降溫結(jié)晶在室溫下，將50ml的丁內(nèi)酯加入超聲結(jié)晶器中，在攪拌下加入20g普通RDX， 將溶液溫度升高到75°C，全部溶解后啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)頻率68kHz，超聲場(chǎng)功率密度 0. Iff · cm_3，然后以5°C /min的降溫速率至溶液溫度為30°C，過濾，洗滌，干燥，得到10. 2g 高品質(zhì)RDX細(xì)顆粒產(chǎn)品(見說明書附圖1)，晶體密度1. 7979g ^m3,密度分布1. 7976g -cm3 至1. 7982g · cm3，平均粒徑50. 2 μ m, D10 = 40 μ m, D90 = 60 μ m，粒度分布為正態(tài)分布。實(shí)施例2 =RDX在環(huán)己酮溶劑中的超聲降溫結(jié)晶在室溫下，將IOOml的環(huán)己酮加入結(jié)晶器中，然后在攪拌下加入20g普通黑索今，將溫度升高到80°C，全部溶解后啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)頻率^kHz,超聲場(chǎng)功率密度 0. 04W · cm_3，然后以1°C /min的降溫速率至溶液溫度為30°C，過濾，洗滌，干燥，得到8g高品質(zhì)RDX細(xì)顆粒產(chǎn)品(見說明書附圖2)，晶體密度1. 7980g · cm3，密度分布1. 7976g · cm3 至1. 7983g · cm3，平均粒徑30 μ m，D10 = 15ym, D90 = 60 μ m，粒度分布為正態(tài)分布。實(shí)施例3 =HMX在丁內(nèi)酯溶劑中的超聲降溫結(jié)晶在室溫下，將50ml的丁內(nèi)酯加入超聲結(jié)晶器中，在攪拌下加入20g普通HMX， 將溶液溫度升高到85°C，全部溶解后啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)頻率^kHz,超聲場(chǎng)功率密度 0. Iff κπΓ3，然后以5°C /min的降溫速率至溶液溫度為30°C，過濾，洗滌，干燥，得到9g高品質(zhì)HMX細(xì)顆粒產(chǎn)品，晶體密度1. 9020g · cnT3，密度分布1. 9015g · cnT3至1. 9023g · cnT3，平均粒徑10. 3 μ m，Dltl = 5 μ m，D90 = 25 μ m，粒度分布為正態(tài)分布。實(shí)施例4 :PETN在乙酸乙酯溶劑中的超聲降溫結(jié)晶在室溫下，將IOOml的乙酸乙酯加入超聲結(jié)晶器中，在攪拌下加入17g普通PETN， 將溶液溫度升高到^°C，全部溶解后啟動(dòng)超聲場(chǎng)，超聲場(chǎng)頻率40kHz，超聲場(chǎng)功率密度 4W κπΓ3，然后以1°C /min的降溫速率至溶液溫度為20°C，過濾，洗滌，干燥，得到9. 5g高品質(zhì)PETN細(xì)顆粒產(chǎn)品，晶體密度1. 7695g · cnT3，密度分布1. 7683g · cm—3至1. 7703g · cnT3，平均粒徑40. 5 μ m，D10 = 17. 2 μ m, D90 = 65. 1 μ m，粒度分布為正態(tài)分布。
權(quán)利要求
1.含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于采用超聲降溫結(jié)晶制備IOym 至50 μ m含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品，并具體包括如下步驟(1)將普通含能晶體材料高溫溶解于溶劑中形成飽和結(jié)晶溶液；(2)將結(jié)晶溶液按一定速率降溫，同時(shí)攪拌并超聲處理；(3)等結(jié)晶溶液溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，停止超聲、降溫和攪拌，過濾，洗滌，干燥，得到含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟2 超聲處理采用的超聲頻率為20kHz至80kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟2 超聲處理采用的超聲功率密度為大于IXlO3W · cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟1 所用的溶劑采用丁內(nèi)酯、丁內(nèi)酯-水、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、 環(huán)己酮、環(huán)己酮-水、乙酸乙酯等溶劑中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟1 結(jié)晶溶液的起始溫度為40°C至120°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟2 的降溫速率0. rc /min至IO0C /min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，其特征在于步驟3 結(jié)晶溶液的設(shè)定溫度為5°C至60°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法， 其特征在于所述含能晶體材料包括RDX、PETN、HMX, CL-20、F0X-7的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒制備方法，核心內(nèi)容是在降溫結(jié)晶過程中引入功率超聲技術(shù)，采用超聲降溫結(jié)晶方法制備平均粒徑約10μm至50μm的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品。即(1)將普通含能晶體材料高溫溶解于不同溶劑中形成飽和結(jié)晶溶液；(2)將結(jié)晶溶液按一定速率降溫，同時(shí)攪拌并超聲處理；(3)等結(jié)晶溶液溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，停止超聲、降溫和攪拌，過濾，洗滌，干燥，得到含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品。采用本發(fā)明的超聲降溫結(jié)晶方法制備的含能晶體材料的高品質(zhì)細(xì)顆粒產(chǎn)品晶體缺陷少，晶體表觀密度達(dá)到晶體理論密度的99.9％以上，顆粒形態(tài)好，球形度高，粒度分布窄，沖擊波感度顯著降低。
文檔編號(hào)C30B7/06GK102230227SQ20111016099
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者夏云霞, 姜燕, 康彬, 徐瑞娟, 陳婭, 黃輝 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所