基于原位X射线成像的推进剂损伤演化表征

为实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂的细观损伤及其演化行为的可视化表征,基于自主研制的原位力学试验系统与第3代高分辨同步辐射X射线三维成像技术,对拉伸速率为0.1 mm/s下的NEPE固体推进剂单调拉伸过程进行三维成像原位观测和表征,获取初始状态固体推进剂的细微观形貌及其随拉伸载荷的演化特征,提取并分析其内部典型损伤的体积与球度随载荷的演化规律。结果表明:同步辐射原位成像技术能够准确获取NEPE固体推进剂的细观结构特征,可以基于灰度差异对固体推进剂的AP颗粒、Al颗粒、基体以及缺陷等实现特征的准确识别。研究发现,NEPE固体推进剂内部缺陷主要有2种,一种为颗粒内的孔洞,一种为AP颗粒/基体界面的初始脱湿。推进剂细观损伤首先表现为初始的界面脱湿形成的孔隙:在拉伸载荷较小时,推进剂的损伤形式主要表现为较大的AP颗粒脱湿形成的孔隙;在拉伸载荷较大时,除AP颗粒脱湿外可以观察到Al颗粒的脱湿,大量的AP颗粒脱湿后形成的孔隙相互融合,最终导致固体推进剂宏观断裂。对固体推进剂内部孔隙定量化表征的结果表明,孔隙体积随着拉伸载荷增大而增加,而球度变化与初始缺陷相关,有初始缺陷时,球度呈现单调减少的趋势,相反则呈现先增加后减少的变化趋势。