球磨法制备Fe2O3掺杂纳米铝热剂及其燃烧性能（英）

近年来,广大学者已经研究了多种方法来制备纳米铝热剂和改善其燃烧性能。本研究分别采用原位球磨法和超声共混法成功制备了两种含Fe2O3纳米铝热剂。通过热重分析(TGA)、函数拟合、X射线衍射(XRD)、接触角测试、扫描电子显微镜测试(SEM)、高速摄像实验和红外温度测量充分表征了所制备产品的形貌和性能。结果表明,通过原位球磨法制备的Fe2O3掺杂的纳米铝热剂的性能要优于超声共混法制备的铝热剂。通过对Fe2O3掺杂量的筛选发现,原位球磨法制备的纳米铝热剂的Fe2O3最优掺杂量为17%,该产物每100℃最大增重百分比为13.1%。与超声共混法制备的纳米铝热剂相比,原位球磨法制备的纳米铝热剂的加热电压和初始燃烧温度分别降至12 V和600℃。此外,原位球磨法制备的纳米铝热剂的燃烧火焰更稳定和均匀。     

超级铝热剂反应特性研究

以Fe2O3、CuO、Fe3O4、MoO3为氧化剂,分别以50 nm和5μm的铝颗粒为还原剂,超声复合制备了12种不同组成的铝热剂。采用扫描电镜(SEM)研究了铝热剂的结构和形貌,发现纳米铝颗粒与Mo O3的相互分散效果最佳。用差示扫描量热分析和激光点火试验研究了氧化剂种类、颗粒粒径对铝热剂反应活性的影响。结果表明,反应活性次序均为Al/MoO3Al/Fe2O3Al/CuOAl/Fe3O4。相对于微米铝颗粒,纳米铝颗粒可以使超级铝热剂的临界反应温度降低200~400℃,而相对于微米级金属氧化物,纳米粒径的金属氧化物仅能使铝热剂临界反应温度降低10~30℃。表明铝颗粒粒度是铝热剂反应活性的决定因素,氧化剂的超细化对于铝热剂的反应活性改善仅能起到辅助作用;当铝颗粒粒径在同一量级时,铝热剂的反应活性主要取决于氧化剂种类。     

温度对半导体桥电爆性能影响初探

为了研究温度对半导体桥（SCB）电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25℃和-40℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25℃和-40℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47μs降低至0.25μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7℃;-40℃时的SCB临界发火电压比25℃时高0.6 V。     

2Al/Fe_2O_3铝热剂的点火温度

为确定2Al/Fe2O3铝热剂的点火温度,对铝粉重量、电阻和形貌随温度变化的特性进行了实验观测,用均匀体系热爆炸理论计算了铝热剂球的临界点火温度并通过实验检验。结果表明,对于粒径约30μm的铝热剂,温度超过铝的熔点(933K)时铝粉氧化膜胀裂,流出的铝液铺展到邻近的氧化铁粉表面;点火温度约1600K,低于氧化铁分解点(1730K),点火前化学反应为液-固相型;点火温度与铝热剂球的体积无明显关系,均匀体系热爆炸理论不适用。     

硝化壳聚糖/n-Al复合材料的共振制备和燃烧特性

为有效缓解纳米铝粉（n-Al）颗粒团聚并改善其燃烧性能,利用具有蜂窝状网络结构且高能低感的硝化壳聚糖（NCh）为包覆剂,通过声共振法制备了结构均匀的二元纳米复合材料NCh/n-Al,同时采用XRD、SEM、TEM和激光点火研究了其形貌结构和燃烧性能,并与硝化棉（NC）/n-Al复合材料进行了对比。结果表明,制备的NCh/n-Al复合材料形貌均匀、分散性良好;相比于n-Al及NC/n-Al,NCh/n-Al点火延迟时间分别缩短了6和20 ms,火焰面积增大了近1倍;NCh/n-Al的燃烧更加充分,残渣主要包括Al₂O₃和极少量未燃烧的Al及碳渣,且粒径明显较小。     

球磨法制备Fe_2O_3掺杂纳米铝热剂及其燃烧性能(英文)

近年来,广大学者已经研究了多种方法来制备纳米铝热剂和改善其燃烧性能。本研究分别采用原位球磨法和超声共混法成功制备了两种含Fe_2O_3纳米铝热剂。通过热重分析(TGA)、函数拟合、X射线衍射(XRD)、接触角测试、扫描电子显微镜测试(SEM)、高速摄像实验和红外温度测量充分表征了所制备产品的形貌和性能。结果表明,通过原位球磨法制备的Fe_2O_3掺杂的纳米铝热剂的性能要优于超声共混法制备的铝热剂。通过对Fe_2O_3掺杂量的筛选发现,原位球磨法制备的纳米铝热剂的Fe_2O_3最优掺杂量为17%,该产物每100℃最大增重百分比为13.1%。与超声共混法制备的纳米铝热剂相比,原位球磨法制备的纳米铝热剂的加热电压和初始燃烧温度分别降至12 V和600℃。此外,原位球磨法制备的纳米铝热剂的燃烧火焰更稳定和均匀。     

压力对纳米铝粉/RDX混合物聚光点火燃烧特性的影响

铝粉和黑索今(RDX)是固体推进剂领域重要的金属燃料和含能氧化剂。利用中压聚光升温点火实验台进行了不同压力(0.1,0.4,0.7,1.0,1.3 MPa)下纳米铝粉/RDX混合样品的点火燃烧试验,采用高速摄影仪、双色红外测温仪和光纤光谱仪研究了样品的燃烧过程。结果显示,样品点火前存在一个明显的受热蒸发阶段,点火后火焰发展阶段的持续时间明显小于衰退阶段。常压下的燃烧过程伴有橙黄色火星。压力高于常压时火焰呈白炽态。提高环境压力能有效增加燃烧强度,但过高的压力对火焰发展有一定的抑制作用。压力升高,蒸发阶段和点火重叠明显,点火延迟时间显著缩短。基于实验条件,常压下样品的点火延迟时间为1004 ms,最高温度为1239℃。压力升高至1.3 MPa时,样品的点火延迟时间缩短至319.2 ms,最高温度升高至1441℃。常压下样品燃烧不完全,导致自维持燃烧时间最短,为280 ms。压力高于常压时,自维持燃烧时间随压力的升高而减小。     

(B/Ti)_n/TaN薄膜点火桥的制备及点火性能

利用磁控溅射与微细加工技术,将B/Ti多层膜沉积在TaN模桥制备了(B/Ti)n/TaN薄膜点火桥(膜桥),其中TaN膜桥的尺寸为80m×40m×2m,B/Ti多层膜尺寸为4mm×4mm,层数为40层,第一层B厚度400nm,其后每层B或Ti厚度为200nm,总μμμ厚度约8m。用电压40V、电容47F的钽电容对样品进行发火性能测试。结果表明:TaN膜桥的点火延迟时间为85s、点火输μμμ入能量15mJ、爆炸温度2500~3500K、火焰持续时间0.15ms左右、炸药持续高度5mm左右,而(B/Ti)n/TaN膜桥的点火延迟时间为37s、点火输入能量6mJ、爆炸温度4000~8500K、火焰持续时间大于0.25ms、火焰持续高度10mm以上。在点火桥上沉积B/Tiμ多层膜可降低点火延迟时间和点火输入能量,有效提升火工品的点火性能。     

Fe2O3/BAl纳米复合含能材料的制备及性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/BAl纳米复合含能材料,用SEM、XRD、DSC等方法对Fe2O3/BAl复合含能材料的微观形貌、结构以及热力学性能进行了研究。结果表明:Fe2O3紧密包覆在B粉和纳米Al颗粒表面;与普通Fe2O3/Al铝热剂相比,溶胶-凝胶法制备的Fe2O3/BAl纳米复合含能材料具有更好的点火特性。     

金属燃料在不同气氛中的点火温度

利用自行设计的金属燃料点火温度测试系统,测试了常压下分别在空气和氧气中的镁包覆硼粉（包覆度20%）、镁粉及铝合金am-Al的点火温度。结果表明,与在空气中相比,3种金属燃料在氧气中的点火温度均有所降低;镁包覆硼粉有效降低了硼的燃点,促进了硼的点火和燃烧,且镁包覆硼粉在氧气中更易燃烧,其点火温度仅为约195.92℃;am-Al在氧气中可点燃,其点火温度低于镁,且燃烧放出的热量最高。在充足的氧气环境下,镁包覆硼粉及am-Al的点火温度均低于300℃,二者均可用作高热值金属燃料。     

聚乙烯醇原位包覆铝粉结构表征及活性铝含量测定

针对氧化铝外壳导致纳米铝粉反应活性下降的问题,尝试在电爆炸制备纳米铝粉的同时直接用聚乙烯醇(PVA)包覆。利用扫描电镜、透射电镜、动态光散射激光粒度仪、X射线光电子能谱仪及同步热分析仪表征样品的表观形貌、粒度分布,表面元素价态以及热响应行为。依据有色金属行业标准YS/T 617.1—2007,分别对微米铝粉、纳米铝粉及原位包覆产物的燃烧热和活性铝含量进行测定。研究结果表明：PVA原位包覆铝粉具有多核结构,球形度良好;包覆样品活性铝含量达到84.27%,比纳米铝粉提高了22%,PVA包覆有效降低了氧化铝外壳的生长厚度;与微米铝粉相比,包覆样品氧化反应起始温度低（548.6 ℃）,释能迅速;PVA原位包覆铝粉兼具高反应活性和快速释能效应,在含能材料中具有潜在的应用优势。     

Fe2O3／Al纳米复合铝热剂的制备及其反应特性研究

利用溶胶-凝胶法,通过引入1,2-环氧丙烷作为Fe(Ⅲ)离子的水解促进剂,在温和、无毒的条件下一步实现纳米Al和无定形铁氧化物的复合,得到Fe2O3/Al纳米复合铝热剂.利用SEM、EDS、XRD和DSC对样品的形貌、结构和热反应特性进行表征,结果表明:真空干燥得到的Fe2O3干凝胶粒子为无定形结构,尺寸约20nm,Fe2O3干凝胶粒子紧密地包裹着纳米Al粒子,形成核壳结构的Fe2O3/Al纳米复合物;Fe2O3/Al的热反应放热峰分别出现在561.8℃和773.2℃,总放热量达到1 648J·g-1,说明其点火和能量性能明显优于传统铝热剂.     

ADN/GUDN 双氧化剂对NEPE 固体推进剂燃烧性能的影响（英）

设计并制备了含N?脒基脲二硝酰胺盐（GUDN）和二硝酰胺铵（ADN）的硝酸酯增塑聚醚（ NEPE）固体推进剂样品,测试了推进剂的燃烧性能（燃速和压强指数）、燃烧火焰结构和燃烧波温度分布,并与不含GUDN和ADN的推进剂性能进行对比。结果表明,GUDN/ADN 双氧化剂对NEPE推进剂的燃烧性能有明显的影响,推进剂配方中添加ADN可提高推进剂的燃速和压强指数,含15%、20%和22.5%的ADN替换高氯酸铵（AP）可使推进剂在7.0MPa 下的燃速提高25.30%、36.76%和47.69%,GUDN使推进剂在7.0MPa下的燃速降低18.97% ,而压强指数在1~15MPa提高12.04%,而且在不同压力下含双氧化剂的NEPE推进剂的燃烧火焰结构呈多火焰结构,而且火焰的亮度随着压强的增大而变亮。     

氟橡胶包覆对微米铝粉燃烧性能的影响规律

为了考察氟橡胶包覆对微米铝粉燃烧性能的影响规律,采用激光点火、定容燃烧、热分析等方法,对5μm及50μm两种粒径、不同氟橡胶含量微米铝粉的燃烧性能、热性能进行了分析,得到粒径和氟橡胶含量对微米铝粉的点火延迟时间、燃速、燃烧状态、燃烧热值、热反应性能等的影响规律.结果表明,未包覆的微米铝粉在0.1 MPa氧气中无法被激光点燃.而在氟橡胶包覆后,随着氟橡胶含量的变化,5μm铝粉的点火延迟时间可由91 ms缩短为31 ms,燃速可由3.08 mm·s-1增加至364.96 mm·s-1,燃烧热值可达到27.61 kJ·g-1;50μm铝粉的点火延迟时间可由130 ms缩短为40 ms,燃速可由1.80 mm·s-1增加至43.78 mm·s-1,燃烧热值可达到26.08 kJ·g-1.此外,在热重分析(TG)的基础上,计算了氟橡胶反应深度和氧化铝层厚度,发现氟橡胶的反应仅存于铝粉的表面,而在相同反应条件下,反应完成后氧化铝层的厚度与微米铝粉的粒径无关.     

新型碱金属高碘酸盐纳米铝热剂的反应特性

纳米铝热剂向着高能方向发展的一个重要限制因素是在铝热反应过程中缺少大量的气体产物。为了弥补纳米铝热剂产气量不足的缺陷,提高纳米铝热剂的反应活性,通过喷雾干燥法制备了具有核-壳结构的纳米铝热剂Al@KIO₄和Al@NaIO₄。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪、定容燃烧实验、吸湿性实验和威力测试对两种铝热剂的形貌结构、热性能、定容燃烧性能、耐潮湿环境能力和起爆性能进行评估。结果表明,喷雾干燥法制备的Al@KIO₄和Al@NaIO₄纳米铝热剂的形貌规则、纯度高,铝热反应的总放热量分别为1262.12 J·g^-1和1414.7 J·g^-1;两种铝热剂反应过程中的反应起始温度低,反应中伴随大量氧化性气态产物生成;高湿环境中两种铝热剂分别在第6天和第10天达到质量平衡,质量增重约0.64%和0.65%,耐潮湿环境能力良好;96 mg铝热剂作为起爆药装配到8^#工业雷管中能使黑索今完全爆轰,可使5 mm厚的铅板穿孔,穿孔直径几乎到达叠氮化铅...     

Al/Ti基纳米复合燃料热反应性及燃烧性能

为有效促进Al/Ti金属间反应,利用高能球磨法制备Al/Ti@AP/NC和Al/Ti@PVDF/CL-20两种核壳型复合燃料。采用扫描电子显微镜评估复合颗粒的包覆效果,利用综合热分析仪研究复合燃料的热反应性能,通过氧弹燃烧仪测试复合燃料的能量性能,借助综合燃烧诊断系统研究复合燃料的燃烧特性,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究Al/Ti基复合燃料燃烧产物的形貌及成分。研究结果表明：采用高能球磨法可使含能复合物均匀包覆在Al/Ti表面;Al/Ti的加入促进了含能复合物分解,同时含能复合物包覆增强了Al/Ti金属间反应、提高了燃料的火焰传播速度和燃烧波温度;尤其是采用AP/NC含能复合物为包覆层的复合燃料,其火焰传播速度(246.6 mm/s)较相同配方未包覆含能复合物的Al/Ti(23.5m/s)增加了9.5倍,燃烧波温度(1 703.2℃)较Al/Ti(1 069.3℃)提高了59.3%。复合燃料凝聚相燃烧产物成分取决于包覆物元素组成,凝聚相燃烧产物主要包含AlTi₂C和Ti(O_0.19C_0.53N_0.32     

PTFE含量和烧结温度对Al/PTFE复合粒子形貌与燃烧性能的影响

为了探索聚四氟乙烯（PTFE）含量和烧结温度对铝粉（Al）/ PTFE复合粒子形貌和燃烧性能的影响规律,采用球磨-烧结工艺,制备了不同配比、不同烧结温度的Al/PTFE复合粒子。用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对样品进行表征,研究了PTFE含量和烧结温度对复合粒子微观形貌的影响;利用密闭燃烧罐、高速摄像仪及红外热成像仪,对样品的燃烧过程进行分析,探究了PTFE含量和烧结温度对复合粒子燃烧性能的影响。结果表明,340 ℃烧结能使复合粒子形成规整的核壳结构,PTFE含量小于35%时,粒子包覆完整度随PTFE含量的增大而增大;当PTFE含量继续增加时,复合粒子形状变得不规则,出现颗粒凝聚。随着PTFE含量以及烧结温度的提高,样品的燃速、燃烧剧烈程度、火焰温度等均呈现出先提升再降低的趋势。最优条件（PTFE 含量35%,烧结温度340 ℃）制备的样品较其它条件制备的样品,燃烧压力最高增大16%,燃烧时间最长缩短37%,中心火焰温度提高317.1 ℃,这表明,适量的（35%最佳）的PTFE含量和合适的烧结温度（340 ℃最佳）会显著改善复合粒子的燃烧性能。     

CuO/Al复合粒子的结构与性能研究

为提高铝粉粒子的燃烧效率,采用化学均匀沉淀法制备了Cu O包覆铝粉的复合粒子,使用扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱对复合粒子的结构和化学成分进行了表征,并使用同步热分析对比了包覆前后的燃烧性能。结果表明改性后的铝粒子表面形成了一层厚度约543.8nm的非晶态Cu O,其在空气中的燃烧反应程度比纯铝粉提高了32.5%。     

氟橡胶包覆层对纳米铝粉性能的影响研究

氟橡胶包覆改性纳米铝粉是近年来含能材料领域的研究热点。为了获得包覆层对纳米铝粉性能的影响规律,将电爆法制备的铝粉包覆5%、10%、15%3种不同含量的氟橡胶,并引入钝化纳米铝粉进行对比研究。利用扫描电镜、透射电镜、物理吸附分析仪、X射线光电子能谱仪及同步热分析仪表征改性前后纳米铝粉的表观形貌、包覆层厚度、比表面积、表面元素价态以及热响应行为,测定活性铝含量和燃烧热。结果表明：改性纳米铝粉形貌规整、粒径分布均匀,比表面积略高于钝化纳米铝粉;氟橡胶包覆层通过化学键吸附在铝粉表面,增强了纳米铝粉的热稳定性,阻止了纳米铝粉的进一步氧化,使其活性铝含量高于自然失活的纳米铝粉,最高达到85.85%;受氟橡胶包覆层的影响,改性纳米铝粉的燃烧热高于钝化纳米铝粉。     

高球形度核壳结构超级铝热剂的制备及点火性能

为得到含能材料3D打印用球形核壳结构超级铝热剂,采用固体颗粒间直接包覆喷雾造粒法制备了Al_2#@CuO与Al_2#@Bi₂O₃高球形度核壳结构超级铝热剂。利用NanoMeasure统计软件研究了构筑参数（粒径比、固含量）对其粒径尺寸的影响;通过电镜、X射线衍射仪表征了球形核壳结构;采用休止角法表征其流散性;利用高速摄影机观测其点火特性。结果表明,固含量为25%、2#铝粉与纳米金属氧化物（CuO、Bi₂O₃）粒径体系构筑参数所得2种球形核壳结构超级铝热剂结构为理想球形核壳结构,平均粒径约40 μm,壳层平均厚度分别为7.79 μm（Al_2#@CuO-25%）、10.47 μm（Al_2#@Bi₂O₃-25%）;与机械混合样相比,球形核壳结构超级铝热剂的流散性有较大提升,Al/CuO体系由48.8°减小至22.9°,Al/Bi₂O₃体系由37.3°减小至16.6°,Al_2#@CuO球形核壳结构超级铝热剂的燃烧时间由100 ms增加到了0.9 s左右,表明改变微观结构会影响其燃烧特性。