
Citation: | CHEN Guwen, XU Liang, ZHU Shengcai. Phase Transition Mechanism of Graphite to Nano-Polycrystalline Diamond Resolved by Molecular Dynamics Simulation[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2023, 37(4): 041101. doi: 10.11858/gywlxb.20230663 |
液体燃料抛撒成雾后能和空气形成爆炸性混合物。通常该爆炸性混合物有两种截然不同的化学反应模式:一种是速度缓慢的层流燃烧模式, 火焰-未反应燃料的相对速度约为1 m/s; 另一种是伴随着高温高压的高速(约2 km/s)化学反应模式, 称之为爆轰。与气相爆轰[1-5]相比, 气-液两相或气-液-固三相爆轰更复杂, 伴随液-固燃料的抛撒、破碎等物理过程, 其反应特征时间和反应区尺度远大于气相爆轰。相比于凝聚相炸药, 多相爆轰的容积能量密度要低很多, 但其质量能量密度却远超过一般凝聚相炸药。
近年来, 关于多相爆轰的研究持续升温。一个主要原因是出于对燃料-空气炸药(Fuel-Air Explosive, FAE)的关注, 通过采用不同种类和配比的燃料, 寻找高能燃料以提高FAE的威力。另一方面, 是出于对工业生产中安全问题的考虑。煤矿中的煤尘-瓦斯-空气爆炸, 食品制药行业中的可燃粉尘-空气爆炸, 石油化工企业中的燃料-空气爆炸等多相爆轰现象都能造成重大的灾难性事故。
国内已进行了很多关于多相爆轰的研究。刘光烈[6]设计了一台多相爆轰试验管, 并利用它测量了环氧丙烷-铝粉-空气混合物的爆轰压力和正压作用时间, 测量结果与外场试验结果基本一致。刘庆明等人[7]对多相FAE的分散、爆轰过程进行了光学测量, 并测量了FAE爆炸压力场, 分析了气-液-固多相爆轰的特征和压力波形的特点, 研究了冲击波峰值超压及比冲量随传播距离变化的规律。汤明钧[8]归纳总结了多相爆轰的特点, 并对影响多相爆轰的因素进行了分析。贵大勇等人[9]研究了典型液态燃料和固-液混合燃料配方对FAE爆轰性能的影响规律, 并对各典型液态燃料的FAE爆轰威力进行了排序。徐晓峰等人[10]以立式激波管为主要实验手段, 对4种燃料(C5H8.68、环氧丙烷、正己烷和癸烷)与空气混合物的云雾爆轰性能进行了较为系统的研究。姚干兵等人[11]采用烟迹技术, 在立式激波管中测定了环氧丙烷、90号汽油、硝酸异丙酯、庚烷、癸烷、戊二烯等几种燃料气-液两相云雾爆轰的胞格尺寸, 认为液滴的碎解、汽化过程以及燃烧区前导是控制气-液两相云雾爆轰的主要因素。陈默等人[12]在长为32.4 m、内径为0.199 m的大型长直水平管道中, 对环氧丙烷-铝粉-空气三相流云雾的爆燃转爆轰(Deflagration to Detonation, DDT)过程进行了实验研究, 实现了多相体系爆燃向爆轰转变的过程, 并测得其胞格尺寸。
本研究以立式激波管为载体, 以RDX-混合燃料-空气三相体系为对象, 借助压力测试系统、烟熏技术, 进行爆轰波压力、速度和胞格尺寸的测量, 目的是获得气-液-固三相爆轰的相关参数, 以期了解多相爆轰波的结构及其传播规律。
整套立式激波管设备由激波管管体、喷粉喷雾系统和点火系统组成。其结构如图 1所示。激波管内径为200 mm, 高5.4 m, 管体分为3个部分:主体部分, 长4 m; 底端为起爆端, 长0.7 m; 顶端为观察窗, 长0.7 m。不使用连着观察窗的4个喷头, 以防止实验中观察窗遭到破坏。故仅利用4.7 m的管体, 有效容积为147.6 L。喷粉喷雾系统由空气压缩机、储气罐、U型管储液储粉装置、喷头等组成。点火系统由延时点火器、起爆线、雷管基座等组成。
实验开始前, 先将烟熏板置于激波管内指定位置(见图 1), 安装好起爆装置; 然后向U型管内注入燃料和粉尘, 开启空气压缩机, 向储气罐内注入一定量的压缩空气; 最后开启压力采集系统, 设置点火延时器。准备就绪后, 打开电磁阀使压缩空气冲出, 夹带着液体和粉尘的空气由喷头抛撒进入激波管, 至云团达到最佳状态点火, 记录压力曲线并取下烟熏板保存。点火延迟时间是指从开启电磁阀到点火的这段时间。根据多次重复实验, 液体-空气云团在电磁阀开启1 s后发展到最大, 故将点火延迟时间取为1 s。充入储气罐中的气压值经过多次尝试, 取0.4 MPa时, 能在500 ms内将U型管内的液体、粉尘喷撒干净[10]。为确保将U型管内粉尘吹干净, 设定电磁阀开启持续时间为1 s。电磁阀关闭后即刻开始点火。即吹粉时间为1 s, 点火延迟时间也为1 s。
本研究采用了两种液体燃料:一种是90#溶剂油, 另一种是90#溶剂油和硝酸异丙酯(IPN)按质量比4:1制成的混合物。液体燃料和RDX粉尘交叉注入26个U型管中, 即:若液体燃料注入某一个U型管, 则RDX粉尘注入其对面和临近的U型管中。除特别说明外, 起爆物均为一发雷管加3 g塑性炸药, 起爆能量为23.52 kJ。
测试系统由压力测试系统、胞格记录装置等组成。其中, 压力测试系统由传感器、电荷放大器、数据采集卡、微机等组成。采用PCB压电式石英传感器, 编号为S1~S8, 分布如图 1所示。每两个传感器间距为0.5 m, 传感器S2距离起爆端1.4 m。
胞格记录装置主要由烟熏板、固定支架组成。其中, 烟熏板为半圆形铝板, 使用前将板清洗干净并晾干, 表面涂一层很薄的机油, 用煤油灯烟熏黑其内表面, 出现一层薄而均匀的烟灰, 用0.4 MPa压缩空气吹之, 烟灰不脱落者为合格。烟熏板用支架固定在法兰上, 板中心距离上法兰1.5 m。
表 1给出了各传感器的具体位置和参数。经过多次测试发现, 距离起爆点较近处压力大, 较远处压力稍小。故将量程大的传感器安置在激波管底端附近, 量程小的传感器安置在管体顶端附近。图 2为典型的爆轰波压力-时间曲线, 传感器同时记录了各测试点处的爆压和爆轰波到达该点的时刻, 以两个传感器之间的距离除以爆轰波到达的时间差, 即可推算出爆轰波在这两个传感器间的平均速度。
No. | Distance from the detonation point/ (m) |
Maximum pressure/ (MPa) |
S2 | 1.4 | 15.330 |
S3 | 1.9 | 15.270 |
S4 | 2.4 | 6.784 |
S5 | 2.9 | 6.757 |
S6 | 3.4 | 6.220 |
S7 | 3.9 | 6.000 |
实验所用RDX为白品造粒, 经BT-9300S粒度分析仪测得其平均粒径(D50)为85 μm。90#溶剂油和IPN的理化性质如表 2所示, 二者按质量比4:1制成的混合物密度为0.736 g/cm3。如前所述, 液体燃料和RDX粉尘是交叉注入26个U型管的, 即13个装液体, 13个装粉尘。经多次重复实验得到, 当单个U型管中加入4 mL、即总共加入52 mL燃料时, 刚好发生爆轰, 故纯液体燃料的点火浓度下限为260 g/m3。在此基础上, 改变RDX粉尘的加入量, 每次向单个U型管中分别加入1、2、3、4、5 g, 对应粉尘浓度依次为88、176、264、352、440 g/m3。在激波管顶部加观察窗, 记录云雾形成、爆轰过程, 得到如图 3所示的时序照片。
Liquid fuel |
Density/ (g/cm3) |
Composition | Boiling point/ (℃) |
Flash point/ (℃) |
Ignition temperature/ (℃) |
Upper explosive limit/(%) |
Lower explosive limit/(%) |
90# solvents oil | 0.65 | C5H12, C6H14 | 35-60 | 13 | 228 | 5.9 | 1.1 |
IPN | 1.04 | C3H7NO3 | 98-102 | 11 | - | 100 | 2 |
不同配比的RDX-90#溶剂油及RDX-混合物的爆轰压力(简称爆压)随距起爆点距离的变化趋势如图 4、图 5所示, 图中:+n g RDX(n=0, 2, 5)意为每次向单个U型管中加入n g RDX, 下同。
多相爆轰为不稳定爆轰, 爆轰波的压力、速度并非一成不变。由图 5、图 6可知, 同一组实验中, 随着爆轰波的传播, 爆轰压力的波动较大, 整体呈下降趋势。分析其原因, 可能是因为液滴、粉尘喷出之后, 较大颗粒的液滴、粉尘部分沉降, 出现激波管底部粉尘浓度较大、顶部粉尘浓度较小的情况, 所以压力呈现递减趋势。但不论是纯溶剂油还是混合溶剂体系, 其气云爆轰的最低压力均在5 MPa左右, 比一般碳氢液体燃料-空气的气云爆轰压力高出很多。这主要是因为90#溶剂油的挥发性较强, 且含碳量较高, 能量密度较大, 与空气形成爆炸性混合物后, 反应较为充分。
由图 4、图 5得知, 随着RDX粉尘浓度的增加, RDX-90#溶剂油和RDX-混合溶剂三相体系的平均爆压均呈整体上升趋势, 相比而言, 前者爆压的上升趋势不如后者明显。
不同配比的RDX-90#溶剂油、RDX-混合溶剂的爆轰速度(简称爆速)随距起爆点距离的变化趋势如图 6、图 7所示。
距离起爆点较近(1.5~2.5 m)处, 爆速起伏上升; 距离大于2.5 m以后, 爆速趋于稳定, 并达到最大值。从图 6、图 7中可以得知, 随着RDX粉尘浓度的增加, RDX-90#溶剂油和RDX-混合溶剂的爆速均呈现整体上升的趋势。
图 8为RDX-燃料-空气三相体系在距离起爆点3.15 m处的平均爆速随RDX质量分数的变化趋势。无论何种配比, RDX-90#溶剂油体系的平均爆速均不小于RDX-混合溶剂。这一点也不难理解, 由表 2可知, 90#溶剂油的密度较小, 沸点较低, 饱和蒸汽压较高, 容易挥发汽化, 在激波阵面到达以前, 体系中就有一定的燃料蒸汽存在, 故而其破碎雾化的时间较短, 爆轰压力和爆轰速度也较大。
由于90#溶剂油和IPN混合物原本的爆速、爆压就比较高, 故对RDX是否参与了爆轰有所怀疑, 设计如下实验进行验证。其它条件(如:加入液体和粉尘的量、电磁阀开启持续时间、起爆能量等)不变, 将液体燃料换成环氧丙烷(Propylene Oxide, PO), 且注入U型管后不进行静置, 不待其发生汽化, 直接进行抛撒起爆, 进行3次重复实验。传感器S3~S7的参数和位置见表 1。
单纯注入PO时, 压力-时间曲线如图 9所示。由图 9可以看出, 波形出现双峰结构, 说明云团内发生了二次反应, 且二次反应比第一次猛烈。第一和第二个峰之间正是液滴发生破碎雾化的过程, 特征时间Δt=0.2 ms。从爆压和爆速(1 km/s以下)的数据来看, PO-空气体系并没有发生爆轰。
加入RDX后, 压力-时间曲线如图 10所示。由图 10可以看出, 爆压达到5~6 MPa, 爆速达到1.5 km/s以上。加入RDX粉尘之后, PO由爆燃达到了爆轰, 压力和速度都有很大突跃, 可见RDX确实参与了爆轰, 而不仅仅是燃烧。
所谓爆轰胞格就是爆轰波在管道内传播过程中, 横波、入射波、马赫杆三波交合点的运动轨迹。爆轰的胞格尺寸是判断可燃混合气体的最基本特征参数, 爆轰参数诸如临界管径、爆轰极限以及直接气爆能量等, 都可以通过胞格尺寸进行预测[13]。如图 11所示, 爆轰波从左至右传播, 其前导冲击波是由马赫杆和入射冲击波交替组合的波阵面。自1959年Denisov和Troshin发现爆轰波具有胞格结构以来, 实验中都使用烟迹技术观测胞格结构。本研究所用的烟迹载体为半圆形铝制板, 利用支架将其固定在激波管的内壁上, 以最大限度减少对爆轰波传播过程的干扰。
图 12是用上述铝制板得到的RDX-燃料-空气三相爆轰的典型胞格, 其中L为胞格长度, λ为胞格宽度。爆轰波从左至右传播, 图 12中用红色线标记了几个典型的胞格。与气相爆轰的胞格(见图 11)相比, 三相爆轰胞格的长宽比(L/λ)要小得多, 有些胞格长、宽相等甚至长比宽还要小。
多相爆轰为非均相爆轰, 胞格尺寸、形状不统一, 波动性较大(见图 12)。经过重复实验, 取胞格尺寸(此处特指胞格的宽度)平均值, 并利用数据处理软件计算其误差线, 如图 13所示。
图 13分别为RDX-90#溶剂油-空气体系及RDX-混合溶剂-空气体系的爆轰胞格尺寸随RDX质量分数的变化趋势。两种体系相比, 单纯90#溶剂油体系的平均胞格尺寸比加入IPN的混合溶剂体系要大, 也即前者的临界起爆能量较高。这一点很好解释, 因为IPN中带有-O-NO2基团, 相当于“敏化剂”, 降低了体系的直接起爆能量。另外, 两种体系的爆轰胞格尺寸都在RDX质量分数为55%左右时达到最大, 也即当RDX粉尘质量与液体燃料质量之比为55:45时, 体系最不敏感, 需要较大的能量才能起爆。在爆轰过程中, 液滴、粉尘的破碎相变过程需要吸收较多能量。RDX粉尘的比表面积较大, 增加的RDX粉尘自身蕴含的能量不足以抵消加热它们所需的能量, 所以随着粉尘量的增加, 起爆所需要的能量也增加。但是, RDX的能量密度远大于液体燃料, 当RDX质量分数达到一定程度(约55%)时, 体系增加的能量开始大于需要多消耗的能量, 故此后, 起爆所需的能量就迅速减少。如图 13所示, 当RDX质量分数大于55%时, 体系的爆轰胞格尺寸迅速减小。
在测量胞格宽度的同时, 也测定了胞格的长度, 并计算其长宽比, 用数据处理软件计算得到误差线, 如图 14所示。Strehlow等人发现, 低爆轰压力下, 气相爆轰波的胞格长宽比近似满足L/λ≈1.61。不过正如图 12和图 14所示, 多相爆轰波的胞格长宽比较小, 仅为1.2左右。胞格长宽比反映的是爆轰波和横波平均传播速度的比值, 其中:爆轰波的平均传播速度为定值, 由总放热量决定; 而横波的平均传播速度与波后声速相关[16]。如图 8所示, 90#溶剂油体系的爆轰波平均传播速度比混合溶剂体系大; 又由表 3知, 二者介质密度接近, 故其波后声速也接近, 因此前者的胞格长宽比大于后者。
在二次引爆型FAE的云雾起爆阶段, 若发生蹿火将大大降低FAE的作用威力。如果在液固云爆药剂中采用前述配方(RDX的质量分数为55%), 则FAE云团的直接气爆能量增加, 能够降低发生蹿火的风险。不过其效果还需要进一步的实验验证。
根据Lee提出的表面积能量模型[13-15], 即球形爆轰波表面所含的能量等于平面爆轰在临界管径内的能量, 此时所需满足的临界条件为
4πR∗2=πd2c4 |
(1) |
式中:R*为爆轰内核半径, dc为临界管径。
此外, 由强爆轰波理论可知, 爆轰波能量为
Ec=4πIγp0Ma2R3Sh |
(2) |
式中:Ec为临界起爆能量, γ为气体绝热指数, I为定常数(当γ=1.4时, I=0.423), p0为压强, Ma为球形爆轰波的马赫数, RSh是球形爆轰波的半径。
依据Zeldovich准则, 当爆炸波衰减到Ma=MaCJ(MaCJ为CJ爆轰波的马赫数)时, 有RSh=R*。对于未稀释的混合气体, 临界管径与爆轰胞格尺寸之间存在如下经验公式
dc=13λ |
(13) |
因此, 联合(1)式~(3)式, 可得气相爆轰参数中, 临界起爆能量与胞格尺寸之间的关系为
Ec=4πIγp0Ma2CJ(13λ4)3=2197πρ0v2CJIλ316 |
(4) |
式中:ρ0为混合物密度; vCJ为CJ爆速, 近似取实测爆速。根据(4)式, 即可由气相爆轰胞格尺寸预测其直接起爆的临界起爆能量。
多相爆轰中, 无论液体还是固体粉尘, 都要先经历物理破碎、相变过程, 之后的阶段就和气相爆轰一样, 所以推测多相爆轰也能采用气相爆轰的方法预测其临界起爆能量。为了验证(4)式是否能应用于多相爆轰中, 测试了RDX-90#溶剂油-空气和RDX-混合溶剂-空气体系的临界起爆能量, 起爆物分别为一发雷管加1.5 g塑性炸药和一发雷管。测试结果与理论值相比较, 列于表 3。
Constituents | ρ0/ (kg/m3) |
vCJ/ (m/s) |
λ/ (mm) |
Theoretical Ec/(kJ) |
Experimental Ec/(kJ) |
RDX-90# solvent oil-air | 1.633 2 | 1 794 | 24.6 | 14.279 | 14.735 |
RDX-mixed fuel-air | 1.659 5 | 1 808 | 19.1 | 6.893 | 5.945 |
由此可见, 多相爆轰参数——临界起爆能和胞格尺寸之间确实存在类似(4)式的关系, 但还需要进一步的实验和理论验证。
(1) 立式激波管可以对液、固两相燃料进行同时抛撒, 实现气-液-固三相爆轰, 并能对爆压、爆速、最小起爆能、胞格尺寸等爆轰参数进行测量。
(2) 90#溶剂油-空气体系的平均爆压达到5~6 MPa, 可以将其作为燃料-空气炸药的主燃料。
(3) 添加RDX有助于提高90#溶剂油-IPN混合燃料体系的爆速和爆压。
(4) 加入IPN后, 混合溶剂的直接起爆能量降低, 较易实现爆轰, 故IPN可以作为一种敏化剂加入FAE燃料之中。此外, 加入IPN的混合溶剂爆轰胞格也较小, 可见临界起爆能量和爆轰胞格之间存在与气相爆轰类似的关系, 但还需要进一步的实验和理论验证。
[1] |
BROOKES C A, BROOKES E J. Diamond in perspective: a review of mechanical properties of natural diamond [J]. Diamond and Related Materials, 1991, 1(1): 13–17. doi: 10.1016/0925-9635(91)90006-V
|
[2] |
徐波, 田永君. 纳米孪晶超硬材料的高压合成 [J]. 物理学报, 2017, 66(3): 036201. doi: 10.7498/aps.66.036201
XU B, TIAN Y J. High pressure synthesis of nanotwinned ultrahard materials [J]. Acta Physica Sinica, 2017, 66(3): 036201. doi: 10.7498/aps.66.036201
|
[3] |
ZHANG X X, WANG Y C, LV J, et al. First-principles structural design of superhard materials [J]. The Journal of Chemical Physics, 2013, 138(11): 114101. doi: 10.1063/1.4794424
|
[4] |
ŠIMŮNEK A, VACKÁŘ J. Hardness of covalent and ionic crystals: first-principle calculations [J]. Physical Review Letters, 2006, 96(8): 085501. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.085501
|
[5] |
IRIFUNE T, KURIO A, SAKAMOTO S, et al. Ultrahard polycrystalline diamond from graphite [J]. Nature, 2003, 421(6923): 599–600. doi: 10.1038/421599b
|
[6] |
HUANG Q, YU D L, XU B, et al. Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability [J]. Nature, 2014, 510(7504): 250–253. doi: 10.1038/nature13381
|
[7] |
HALL E O. The deformation and ageing of mild steel: Ⅲ discussion of results [J]. Proceedings of the Physical Society: Section B, 1951, 64(9): 747–753. doi: 10.1088/0370-1301/64/9/303
|
[8] |
PETCH N J. The orientation relationships between cementite and α-iron [J]. Acta Crystallographica, 1953, 6(1): 96. doi: 10.1107/S0365110X53000260
|
[9] |
TSE J S, KLUG D D, GAO F M. Hardness of nanocrystalline diamonds [J]. Physical Review B, 2006, 73(14): 140102. doi: 10.1103/PhysRevB.73.140102
|
[10] |
YIP S. Mapping plasticity [J]. Nature Materials, 2004, 3(1): 11–12. doi: 10.1038/nmat105
|
[11] |
SUMIYA H, YUSA H, INOUE T, et al. Conditions and mechanism of formation of nano-polycrystalline diamonds on direct transformation from graphite and non-graphitic carbon at high pressure and temperature [J]. High Pressure Research, 2006, 26(2): 63–69. doi: 10.1080/08957950600765863
|
[12] |
SOLOPOVA N A, DUBROVINSKAIA N, DUBROVINSKY L. Synthesis of nanocrystalline diamond from glassy carbon balls [J]. Journal of Crystal Growth, 2015, 412: 54–59. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2014.11.041
|
[13] |
JAWORSKA L, SZUTKOWSKA M, MORGIEL J, et al. Ti3SiC2 as a bonding phase in diamond composites [J]. Journal of Materials Science Letters, 2001, 20(19): 1783–1786. doi: 10.1023/A:1012535100330
|
[14] |
YUSA H. Nanocrystalline diamond directly transformed from carbon nanotubes under high pressure [J]. Diamond and Related Materials, 2002, 11(1): 87–91. doi: 10.1016/S0925-9635(01)00532-5
|
[15] |
SUMIYA H, IRIFUNE T. Microstructure and mechanical properties of high-hardness nano-polycrystalline diamonds [J]. SEI Technical Review, 2008, 66: 85–91.
|
[16] |
LU L, SHEN Y F, CHEN X H, et al. Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper [J]. Science, 2004, 304(5669): 422–426. doi: 10.1126/science.109290
|
[17] |
LU L, CHEN X H, HUANG X X, et al. Revealing the maximum strength in nanotwinned copper [J]. Science, 2009, 323(5914): 607–610. doi: 10.1126/science.1167641
|
[18] |
SUMIYA H, IRIFUNE T, KURIO A, et al. Microstructure features of polycrystalline diamond synthesized directly from graphite under static high pressure [J]. Journal of Materials Science, 2004, 39(2): 445–450. doi: 10.1023/B:JMSC.0000011496.15996.44
|
[19] |
SCANDOLO S, BERNASCONI M, CHIAROTTI G L, et al. Pressure-induced transformation path of graphite to diamond [J]. Physical Review Letters, 1995, 74(20): 4015–4018. doi: 10.1103/PhysRevLett.74.4015
|
[20] |
ZHU S C, YAN X Z, LIU J, et al. A revisited mechanism of the graphite-to-diamond transition at high temperature [J]. Matter, 2020, 3(3): 864–878. doi: 10.1016/j.matt.2020.05.013
|
[21] |
MUNDY C J, CURIONI A, GOLDMAN N, et al. Ultrafast transformation of graphite to diamond: an ab initio study of graphite under shock compression [J]. Journal of Chemical Physics, 2008, 128(18): 184701. doi: 10.1063/1.2913201
|
[22] |
PINEAU N. Molecular dynamics simulations of shock compressed graphite [J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2013, 117(24): 12778–12786. doi: 10.1021/jp403568m
|
[23] |
SUN H F, JIANG X Y, DAI R, et al. Understanding the mechanism of shock wave induced graphite-to-diamond phase transition [J]. Materialia, 2022, 24: 101487. doi: 10.1016/j.mtla.2022.101487
|
[24] |
PLIMPTON S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics [J]. Journal of Computational Physics, 1995, 117(1): 1–19. doi: 10.1006/jcph.1995.1039
|
[25] |
STUKOWSKI A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO–the open visualization tool [J]. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 2010, 18(1): 015012. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012
|
[26] |
XIE H X, YIN F X, YU T, et al. Mechanism for direct graphite-to-diamond phase transition [J]. Scientific Reports, 2014, 4(1): 5930. doi: 10.1038/srep05930
|
[27] |
YUE Y H, GAO Y F, HU W T, et al. Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness [J]. Nature, 2020, 582(7812): 370–374. doi: 10.1038/s41586-020-2361-2
|
[28] |
ERSKINE D J, NELLIS W J. Shock-induced martensitic transformation of highly oriented graphite to diamond [J]. Journal of Applied Physics, 1992, 71(10): 4882–4886. doi: 10.1063/1.350633
|
[29] |
KRAUS D, RAVASIO A, GAUTHIER M, et al. Nanosecond formation of diamond and lonsdaleite by shock compression of graphite [J]. Nature Communications, 2016, 7(1): 10970. doi: 10.1038/ncomms10970
|
[30] |
TURNEAURE S J, SHARMA S M, VOLZ T J, et al. Transformation of shock-compressed graphite to hexagonal diamond in nanoseconds [J]. Science Advances, 2017, 3(10): eaao3561. doi: 10.1126/sciadv.aao3561
|
[31] |
SUNG J. Graphite→diamond transition under high pressure: a kinetics approach [J]. Journal of Materials Science, 2000, 35(23): 6041–6054. doi: 10.1023/A:1026779802263
|
[32] |
IRIFUNE T, KURIO A, SAKAMOTO S, et al. Formation of pure polycrystalline diamond by direct conversion of graphite at high pressure and high temperature [J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2004, 143/144: 593–600. doi: 10.1016/j.pepi.2003.06.004
|
[1] | ZHANG Pan, JIANG Yi-Xuan, WANG Xing-Zhe, HE Hong-Liang. Analysis of Depolarization and Discharge Process of PZT 95/5 Ferroelectric Ceramic under Normal Shock Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2014, 28(4): 399-406. doi: 10.11858/gywlxb.2014.04.003 |
[2] | LU Jian-Ying, CHEN Lang, WU Jun-Ying, FENG Chang-Gen. Temperature Measurement of Laser-Induced Plasma Detonation Wave[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2009, 23(2): 123-129 . doi: 10.11858/gywlxb.2009.02.008 |
[3] | WANG Jun-Xia, YANG Shi-Yuan, HE Hong-Liang, WANG Jin. Study on the Mechanism of PZT95/5 Powder Synthesis by Shock Waves[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2007, 21(3): 322-326 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.03.018 |
[4] | CUI Xin-Lin, ZHU Wen-Jun, HE Hong-Liang, DENG Xiao-Liang, LI Ying-Jun. Phase Transformation Mechanism of Single Crystal Iron from MD Simulation[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2007, 21(4): 433-438 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.04.017 |
[5] | CHEN Lang, TENG Xiao-Qin, LU Jian-Ying, FENG Chang-Gen. Experiment and Calculation of Output Current of Ferroelectric Ceramics in Parallel Connection Loaded by Shock Waves[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2007, 21(1): 66-70 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.011 |
[6] | CHEN Lang, LU Jian-Ying, WU Jun-Ying, FENG Chang-Gen. Numerical Calculation of Ferroelectric Power Supply Initiating Metal Bridge Foil[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2006, 20(1): 61-66 . doi: 10.11858/gywlxb.2006.01.013 |
[7] | ZHANG Fu-Ping, ZHANG Yi, DU Jin-Mei, WANG Hai-Yan, HE Hong-Liang. Charge Release Characterization of PZT95/5 Ferroelectric Ceramics under Tilted Shock Wave Compression[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2006, 20(2): 217-219 . doi: 10.11858/gywlxb.2006.02.018 |
[8] | WANG Tong-Quan, ZHANG Ruo-Qi, TANG Wen-Hui, XIAO Ya-Bin. Shock Wave Induced by High-Energy Proton Beams[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2003, 17(2): 117-121 . doi: 10.11858/gywlxb.2003.02.007 |
[9] | LIU Gao-Min, TAN Hua, YUAN Wan-Zong, WANG Hai-Yan, ZHANG Yi. Ferroelectric/Antiferroelectric Phase Transition Studies of PZT-95/5 Ceramics under Shock Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2002, 16(3): 231-236 . doi: 10.11858/gywlxb.2002.03.013 |
[10] | LIAO Qi-Long, YANG Shi-Yuan, CAI Ling-Cang, ZHOU Da-Li, YIN Guang-Fu, ZHENG Chang-Qiong. Synthesis of Hydroxyapatite Powder by Shock Wave Treatment Method[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2002, 16(4): 249-253 . doi: 10.11858/gywlxb.2002.04.002 |
[11] | YANG Shi-Yuan, JIN Xiao-Gang, DONG Yu-Bin. Grain Size Refinement and Homogenization of Multi-component Powders by Shock Treatment[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2001, 15(1): 48-53 . doi: 10.11858/gywlxb.2001.01.007 |
[12] | JIANG Shao-En, YANG Jia-Min, DING Yao-Nan, LIU Yong-Gang, HU Xin. Investigation on Shock and Heat Waves in Aluminum Irradiated by Laser[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2000, 14(4): 264-268 . doi: 10.11858/gywlxb.2000.04.005 |
[13] | TANG Jing-You, WU Shao-Zhen, WANG Fan-Hou, GU Yan, DONG Qing-Dong. The Effect of Shock-Heated Gaseous Helium and Argon on Pin Shortening[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2000, 14(4): 285-290 . doi: 10.11858/gywlxb.2000.04.009 |
[14] | HE Yuan-Ji, ZHANG Ya-Zhou, LI Chuan-Lu, WANG Hong-Gang. The Numerical Simulation of Electric Response of PZT95/5 Ferroelectric Ceramics Subjected to Shock Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2000, 14(3): 189-194 . doi: 10.11858/gywlxb.2000.03.006 |
[15] | WEN Dian-Ying, LIN Qi-Wen. Dielectric Breakdown of Ferroelectric Ceramics PZT-95/5 under Shock Compression[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1998, 12(3): 199-206 . doi: 10.11858/gywlxb.1998.03.006 |
[16] | ZHANG Guan-Ren. Shock Wave and Condensation of Fractal Clusters[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1997, 11(4): 241-244 . doi: 10.11858/gywlxb.1997.04.001 |
[17] | JIN Xiao-Gang, WANG Hong. The Microstructure of Shock Wave-Processed 45 Steel[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1993, 7(4): 254-259 . doi: 10.11858/gywlxb.1993.04.003 |
[18] | ZHANG Guan-Ren. The Polarizability of Material under Shock Loading[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1990, 4(3): 161-166 . doi: 10.11858/gywlxb.1990.03.001 |
[19] | LI Feng-Ying, WANG Ru-Ju, GU Hui-Cheng, WANG Ji-Fang, ZHANG Liang-Kun, CHEN Zhi-Ming, LIAN Jing-Yu, QU Cui-Feng. The Phase Transition of PSZT Ceramics under High Pressure[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1989, 3(2): 152-155 . doi: 10.11858/gywlxb.1989.02.008 |
[20] | LIN Qi-Wen, YUAN Wan-Zong, WANG Wei-Jun. Investigation on the Match of Ferroelectric Explosive-Electric Transducers[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 1988, 2(2): 137-145 . doi: 10.11858/gywlxb.1988.02.007 |
No. | Distance from the detonation point/ (m) |
Maximum pressure/ (MPa) |
S2 | 1.4 | 15.330 |
S3 | 1.9 | 15.270 |
S4 | 2.4 | 6.784 |
S5 | 2.9 | 6.757 |
S6 | 3.4 | 6.220 |
S7 | 3.9 | 6.000 |
Liquid fuel |
Density/ (g/cm3) |
Composition | Boiling point/ (℃) |
Flash point/ (℃) |
Ignition temperature/ (℃) |
Upper explosive limit/(%) |
Lower explosive limit/(%) |
90# solvents oil | 0.65 | C5H12, C6H14 | 35-60 | 13 | 228 | 5.9 | 1.1 |
IPN | 1.04 | C3H7NO3 | 98-102 | 11 | - | 100 | 2 |
Constituents | ρ0/ (kg/m3) |
vCJ/ (m/s) |
λ/ (mm) |
Theoretical Ec/(kJ) |
Experimental Ec/(kJ) |
RDX-90# solvent oil-air | 1.633 2 | 1 794 | 24.6 | 14.279 | 14.735 |
RDX-mixed fuel-air | 1.659 5 | 1 808 | 19.1 | 6.893 | 5.945 |
No. | Distance from the detonation point/ (m) |
Maximum pressure/ (MPa) |
S2 | 1.4 | 15.330 |
S3 | 1.9 | 15.270 |
S4 | 2.4 | 6.784 |
S5 | 2.9 | 6.757 |
S6 | 3.4 | 6.220 |
S7 | 3.9 | 6.000 |
Liquid fuel |
Density/ (g/cm3) |
Composition | Boiling point/ (℃) |
Flash point/ (℃) |
Ignition temperature/ (℃) |
Upper explosive limit/(%) |
Lower explosive limit/(%) |
90# solvents oil | 0.65 | C5H12, C6H14 | 35-60 | 13 | 228 | 5.9 | 1.1 |
IPN | 1.04 | C3H7NO3 | 98-102 | 11 | - | 100 | 2 |
Constituents | ρ0/ (kg/m3) |
vCJ/ (m/s) |
λ/ (mm) |
Theoretical Ec/(kJ) |
Experimental Ec/(kJ) |
RDX-90# solvent oil-air | 1.633 2 | 1 794 | 24.6 | 14.279 | 14.735 |
RDX-mixed fuel-air | 1.659 5 | 1 808 | 19.1 | 6.893 | 5.945 |