Materials Science & Engineering B：热诱导ε-γ晶体转化前后CL- 20的等温分解

我团队在《Materials Science & Engineering B》（中科院3区，影响因子3.40）发表了题为“Isothermal decomposition of CL- 20 before and after thermally induced ε-γcrystal transformation”的研究论文。该成果由环境友好能源材料国家重点实验室完成，我团队硕士研究生彭焕为第一作者，金波教授为通讯作者，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室为第一通讯单位。

【研究背景】

CL-20是一种典型的多晶能能材料。在室温和压力下，已经发现了四种CL-20的晶体形式（α、β、ε和γ-CL- 20）。它们的密度、热稳定性和爆轰性能各不相同，对基于CL-20的武器和弹药的安全性和可靠性至关重要。其中，ε-CL-20的晶体密度可达到2.04-2.05g·cm^?3，爆炸速度可达到9.5-9.6km·S^?1，爆炸压力可达到42-43GPa，形成的标准焓约为900kJ·kg^?1。因此，该晶形最具潜在的应用价值。在实际使用过程中，CL-20可以通过外部刺激和能量ε-γ晶体转换来诱导。加热后，ε-CL-20晶体逐渐转变为γ-CL-20，其密度较小，从而扩大爆炸体积，产生裂纹。缺陷裂纹可作为爆炸热点，使炸药增敏，从而降低其安全性和稳定性。因此，对CL-20的应用研究主要集中在其晶体转化、有效控制其晶体转化行为以及抑制其不良影响上。传统的研究方法，如DSC、DTA（差分热分析）和TG（热重分析），只能达到γ-CL-20的热分解性能参数，而不能达到ε-CL-20的热分解性能参数。

【工作简介】

本工作利用自制的恒温分解气体测量装置研究了CL-20的ε-γ晶体转化，得到了不同晶体相下ε-和γ-CL-20的等温分解动力学参数。结果表明，CL- 20晶体转化前后的压力时间曲线具有各自的分解机理，说明相变对CL- 20的分解有显著影响。采用阿伦尼乌斯和模态匹配方法计算了ε-和γ-CL-20的动力学参数。ε-CL-20分解的活化能（Ea）在423-443K的温度范围内为118.82千克?摩尔?1，γ-CL-20分解的温度范围为77.74千克在453-468千克?摩尔?1。ε-和γ-CL-20的存储寿命由塞门诺夫方程估计。当反应性达到0.5 %时，ε-CL-20在室温（298 K）下的贮存时间为227.8年。最后，通过扫描电镜、FT-IR和气相色谱技术分解CL-20后得到的气体和固体残留物。提出了ε-CL-20可能的分解机理。

文章连接：https://10.1016/j.mseb.2022.115941