Детонационные наноалмазы. Синтез, свойства и применение
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
?е состояния идеального газа:
Следовательно,
Как видно, соотношение A/Q тем больше, чем больше коэффициент k, зависящий от состава продуктов взрыва.
При расширении в продуктах взрыва остается тепло q = Q - A, которое зависит от степени расширения, то есть от остаточного давления, или от среды. При полном расширении газов до р = 1 атм. получим полную работу взрыва. Отнесенная к единице массы полная работа взрыва называется работоспособностью. Она может измеряться в виде так называемого тротилового эквивалента, то есть отношения работоспособности взрывчатого вещества к работоспособности тротиловой взрывчатки.
Все взрывные процессы могут проходить в двух различных формах - горение и собственно взрыв. Горение зависит от внешних условий, определяется теплопроводностью и может протекать с переменной скоростью. Взрыв от внешних условий почти не зависит, в передаче взрыва определяющую роль играет ударная волна, при этом наблюдается очень большое местное повышение давления.
Скорость горения всегда меньше скорости звука в исходном взрывчатом веществе, а скорость взрыва - всегда больше. Горение может скачкообразно переходить во взрыв, а взрыв может протекать в форме детонации.
Детонация - процесс химического превращения взрывчатого вещества, происходящий в очень тонком слое и распространяющийся со сверхзвуковой скоростью. Детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и следующей за ее фронтом зоны химического превращения вещества (детонационная волна). Фронт ударной волны - это поверхность, на которой претерпевают разрыв ряд параметров, характеризующих состояние и движение среды. Скорость фронта направлена по нормали к поверхности.
Если по заряду распространяется ударная волна и интенсивность этой волны достаточно велика, то за ее фронтом создается зона протекания интенсивных химических реакций. Глубина этой зоны может составлять от долей миллиметра до нескольких сантиметров и более. В стационарном детонационном режиме эта зона исполняет роль поршня, вдвигающегося в исходное взрывчатое вещество (рисунок 1).
Рисунок 1
Детонация протекает с постоянной и максимально возможной для данного заряда взрывчатого вещества скоростью. Явление детонации было открыто в 1881 г. независимо друг от друга Бертло и Вьелем, а также Малляром и Ле-Шателье при исследовании горения газов в трубах. В 1883 году появилась теория взрывной волны Бертло, согласно которой реакция распространяется от слоя к слою за счет трех различных явлений: механических (сжатие), термических (разогрев) и химических (реакция).
Результатом развития этих представлений явилась современная гидродинамическая теория детонации. В соответствии с ней, детонация взрывчатого вещества обусловлена идущей по нему ударной волной, которая возбуждает экзотермическую реакцию.
Энергия реакции идет на поддержание постоянства параметров детонации. Существует максимальная стационарная скорость детонации, которая не зависит от условий инициирования и определяется только теплотой взрыва Q и свойствами продуктов взрыва.
Детонационная волна включает в себя ударную волну, зону химической реакции постоянной ширины (химпик) и нестационарную область расширяющихся продуктов взрыва.
Поверхность, которая разделяет зону реакции и продуктов взрыва, называется поверхностью Чепмена-Жуге, а параметры продуктов детонации на этой поверхности называются параметрами детонации или параметрами в точке Жуге.
Гидродинамическая теория детонации позволяет рассчитать значение ее скорости и распределение давления, плотности и температуры в детонационной волне на основе законов сохранения массы, импульса и энергии, уравнения состояния вещества, а также требования равенства скорости детонационной волны относительно продуктов реакции и скорости звука в них.
Таким образом, зная начальные давление, объем, плотность заряда и теплоту взрыва, можно определить параметры точке Жуге. Их определяют, решая пять уравнений:
Где D - скорость детонации, u - скорость потока продуктов реакции за фронтом волны.
В таблице 1 приведены расчетные параметры детонации для некоторых взрывчатых веществ
Ряд экспериментальных фактов несовместим с изначальной теорией детонации. Существует несколько модифицированных моделей, опирающихся как на физическую теорию, так и на результаты точных, с высоким разрешением экспериментов.
Таблица 1
Название вещества?, г/смD, м/ср, кбарТ, КГексоген1,887543472587-4027Октоген1,991003932364-3871Тротил1,6469501902829-3662Тетрил1,775602512917-4018Нитроглицерин1,5975802463216-4593Окись азота1,356201031854-2635ТГ 50/50 (пентолин)1,6574652473239-4363Гексанитробензол1,97393003553269-4893ТГ 77/23 (циклотол)1,74382503132711-3988
. МЕХАНИЗМ И ОСОБЕННОСТИ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА НАНОАЛМАЗОВ
детонационный синтез взрывной наноалмаз
Экспериментально показано, что для прямого перехода графита в алмазную фазу требуются давление не ниже 11 ГПа и температура не менее 2000 К, при статическом методе такие условия должны сохраняться длительное время. Чтобы снизить эти показатели, необходимо использовать активаторы, наиболее эффективными из которых являются расплавленные металлы VIII группы Периодической системы: Fe, Ni, Co, Pt, Pa, а также Mn и Cr. При этом температура и давление являются независимыми параметрами, процесс статического синтеза может протекать от нескольких минут до десятков часов.
Ударно-волновой синтез имеет ряд нео