一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法


[0001]本专利技术属于炸药性能和细观结构表征领域，涉及一种基于力学
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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
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应变关系和实时细观结构变化的基本步骤与评价判据。

技术介绍

[0002]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。
[0003]单个散粒体力学性能
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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。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，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
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光学显微镜组合试验系统参数调节、力学
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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。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]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：
[0007]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；
[0008]步骤二，试样安装：在力学载台专用的压缩试验夹具的散粒体粘贴面粘贴双面胶，将单个散粒体放置在双面胶上，起到固定作用，再将压缩试验夹具通过螺母固定到力学载台上，最后将力学载台放置在光学显微镜的载物台上；
[0009]步骤三，力学
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光学显微镜组合系统参数调节：根据光学显微镜物镜倍数，调节光学显微镜物镜的工作距离和放大倍数，同时调节光源方向、对比度、采集图像所需的采集间隔、采集时间；设置力学试验系统的测试速率、采样间隔时间、压缩模式参数；
[0010]步骤四，力学
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光学实时监测试验：同时点击力学载台驱动按钮和光学显微镜实时录像按钮，力学试验软件记录散粒体在压缩载荷力作用下的应力、时间、应变参数；光学显微镜实时监测不同形变状态下散粒体的细观结构形貌，待在光学显微镜下观察到试样形变完全，停止驱动按钮和光学显微镜的录像按钮；
[0011]步骤五，散粒体的压缩性能和光学图像分析：通过压缩力学试验数据，获得散粒体在压缩力作用下的力
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位移曲线和应力
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应变曲线，同时由光学显微镜实时记录图像；
[0012]通过压缩力学试验数据得到压缩应力、应变公式如下：
[0013]σ＝F/(π
·
r2)
[0014][0015]上式中，σ为应力，F为散粒体压缩过程中的力，r为散粒体的半径，ε为应变，Δl为散粒体当前形变量，l是散粒体的粒径；
[0016]通过光学显微镜实时记录图像能同步获得不同形变量即不同位移时对应的光学图像；
[0017]步骤六，力学性能与细观结构同步表征：对压缩力学性能和同步获得的光学图像进行同步相关，当前位移所对应的图像序号的关系如下：
[0018]Δl＝(l/P)
×
(n
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1)
[0019]推导出：n＝Δl/l
×
P+1＝ε
×
P+1
[0020]上式中，Δl为散粒体当前形变量即当前位移，l是散粒体的粒径即总位移，P为图像总数，n为图像序号，ε为应变；
[0021]根据散粒体的力
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位移曲线、应力
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应变曲线中的位移和应变，均可推断出对应的光学图像，分析其细观结构。
[0022]本专利技术还包括如下技术特征：
[0023]具体的，所述压缩试验夹具为硬铝材质，压缩试验夹具为一体式结构，包括安装端和压紧端，安装端和压紧端厚度均为5.5mm，安装端和压紧端总宽为17mm，安装端左右长度为36mm，压紧端左右长度为10mm，安装端上设有四个螺母孔，螺母孔内径4.2mm，用于固定安
装在力学载台上；压紧端的端面为散粒体粘贴面，尺寸为10mm
×
5.5mm。
[0024]具体的，所述压缩试验夹具有两个，两个压缩试验夹具呈镜面对称固定安装在力学载台上且两个压缩试验夹具的压缩端相对，压缩过程中，两个压缩试验夹具的散粒体粘贴面相互靠近以对散粒体施压。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0026]本专利技术可以对单个散粒体在压缩力载荷作用下的力学性能和细观结构进行评价，解决了散粒体微力学
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单个散粒体力学性能与细观结构同步表征的方法，其特征在于，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；步骤二，试样安装：在力学载台专用的压缩试验夹具的散粒体粘贴面粘贴双面胶，将单个散粒体放置在双面胶上，起到固定作用，再将压缩试验夹具通过螺母固定到力学载台上，最后将力学载台放置在光学显微镜的载物台上；步骤三，力学
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光学显微镜组合系统参数调节：根据光学显微镜物镜倍数，调节光学显微镜物镜的工作距离和放大倍数，同时调节光源方向、对比度、采集图像所需的采集间隔、采集时间；设置力学试验系统的测试速率、采样间隔时间、压缩模式参数；步骤四，力学
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光学实时监测试验：同时点击力学载台驱动按钮和光学显微镜实时录像按钮，力学试验软件记录散粒体在压缩载荷力作用下的应力、时间、应变参数；光学显微镜实时监测不同形变状态下散粒体的细观结构形貌，待在光学显微镜下观察到试样形变完全，停止驱动按钮和光学显微镜的录像按钮；步骤五，散粒体的压缩性能和光学图像分析：通过压缩力学试验数据，获得散粒体在压缩力作用下的力
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位移曲线和应力
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应变曲线，同时由光学显微镜实时记录图像；通过压缩力学试验数据得到压缩应力、应变公式如下：σ＝F/(π
·
r2)ε＝Δl/l上式中，σ为应力，F为散粒体压缩过程中的力，r为散粒体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳芳，王琼，周文静，贾林，张林军，刘文亮，于思龙，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：