纳米碳材料对含硼铝热剂燃烧性能的影响

为改善含硼铝热剂的燃烧性能,在B/MoO₃体系中引入纳米片状石墨、碳纳米管、还原氧化石墨烯3种纳米碳材料。利用热流法测试了含硼铝热剂的导热性能;使用高速摄像机记录了含硼铝热剂的燃烧过程,并通过计算和分析得到了燃烧速率及其变化规律;采用金属桥带进行发火试验,测试铝热剂的临界发火电流。结果表明：添加3种碳材料能显著改善B/MoO₃铝热剂的导热性能,明显提高了燃烧速率,并降低了其临界发火电流;添加还原氧化石墨烯对铝热剂的影响最为明显,使得铝热剂导热系数提高258.3%,燃烧速率提高1 756倍,临界发火电流降低27.1%,证实还原氧化石墨烯显著改善了含硼铝热剂发火阈值高的问题。     

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。     

含不同形貌MoO3的Al/MoO3铝热剂的热性能和燃烧性能

不同形貌铝热剂在性能上有着很大的差异。为了探讨不同MoO₃形貌对Al/MoO₃铝热剂热性能和燃烧行为的影响,制备了Al/棒状MoO₃和Al/带状MoO₃铝热剂,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对其形貌和热性能进行了表征测试。DSC结果表明,Al/带状MoO₃铝热剂和Al/棒状MoO₃铝热剂释放的热量分别为1702 J·g^-1释放432 J·g^-1。Al/带状MoO₃铝热剂的初始反应温度为401.95℃,比Al/棒状MoO₃铝热剂的504.87℃提前102.92℃。通过非等温热力学分析,两种铝热剂的活化能(Ea)没有显著差异,但Al/棒状MoO₃铝热剂具有较高的热爆炸临界温度(Tb),说明其具有较高的安全性。在开放燃烧实验中,两种铝热剂的燃烧行为差异小,但当燃烧结束时,Al/带状MoO     

掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La₂O₃对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La₂O₃。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La₂O₃的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g     

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     

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。     

核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂的制备及燃烧性能

为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜-均苯三甲酸（Cu（BTC））和铁-均苯三甲酸（Fe（BTC））交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能（铝热反应温度）和燃烧性能（燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等）进行研究。结果表明：层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu（BTC）/Fe（BTC）的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间（0.509 s）、最短的燃烧时间（2.036 s）和最高的燃烧温度（1425 ℃）,此时,Cu（BTC）和Fe（BTC）的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5 ℃和735.0 ℃。     

纳米铝热剂Al/CuO的制备及性能

采用溶胶-凝胶法及超临界干燥技术,以聚丙烯酸(PAA)作为分散剂,1,2-环氧丙烷作为Cu(Ⅱ)离子水解促进剂制备了CuO气凝胶,并在温和、无毒的条件下制备了纳米铝热剂Al/CuO。采用比表面测试法(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、差热分析法(DTA)-差示扫描量热法(DSC)等方法对样品的结构和热反应特性进行表征。结果表明,纳米Al粒子与CuO气凝胶粒子均匀复合,形成Al/CuO。纳米铝热剂Al/CuO的反应放热峰分别出现在598℃和752℃左右,快速燃烧过程伴随明亮火焰。     

纳米Fe2O3对钨系延期药燃烧性能的影响

为了研究纳米Fe2O3对钨系延期药燃烧性能的影响,配制了0#(基药)、1#(外加2%普通Fe2O3)和2#(外加2%纳米Fe2O3)三组药剂进行燃速测试。结果表明,与0#相比,1#和2#的燃烧速度改变不大,但1#和2#的燃速标准差分别下降了29%和47%,相对误差分别下降了35%和51%。为了探索其中的原因,用TG-DTA对三组药剂进行测试,结果表明普通Fe2O3和纳米Fe2O3对钨系延期药热性能的影响相似,可以改变反应历程,降低发火温度约10℃,并能减少气体产物。     

纳米Fe3O4的制备及其对发烟剂性能的影响

采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4粒子,以微米Fe3O4、微米TiO2、纳米TiO2/Fe3O4及纳米Fe3O4为氧化剂配制了不同的发烟剂.采用XRD、DTA、红外透过率测试等方法对纳米Fe3O4及发烟剂的性能进行了表征,研究了发烟剂的燃烧性能和红外消光性能.结果表明,与常规氧化剂相比,纳米Fe3O4作氧化剂的发烟剂放热峰温前移,燃烧热变小,燃速加快,红外消光性能有一定提高.纳米Fe3O4用于发烟剂中氧化剂,有助于提高发烟剂的燃烧性能和红外消光性能.     

纳米CoFe2O4的制备及对AP热分解的催化

采用油/水界面间的化学共沉淀反应制备了纳米CoFe2O4前驱体,并运用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米CoFe2O4前驱体的热分解特性,利用XRD,TEM对不同温度煅烧生成的纳米CoFe2O4进行了表征,采用DSC研究了不同含量纳米CoFe2O4对高氯酸铵(AP)热分解的催化影响.结果表明:300 ℃左右尖晶石型CoFe2O4已开始形成,随温度升高,晶化趋于完全,而粒子的晶粒度逐渐增大,500 ℃下可获得粒径较小、结晶良好的尖晶石型纳米CoFe2O4;在AP中添加纳米CoFe2O4后,可使AP在较低温度下发生热分解,并且对AP热分解的催化作用随其含量增加而增强.     

空气条件下氧化剂对铝/水基燃料燃烧特性的影响

利用多种实验技术研究了在空气气氛中添加剂奥克托今(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)对Al/H2O基燃料燃烧特性的影响。实验发现添加HMX比CL-20更有利于铝粉的燃烧,对燃面温度的提高效果也更为显著,但是,添加CL-20能促进Al/H2O基燃料的热量传递,显著提高燃速。通过分析发现,实验结果与氧化剂CL-20和HMX本身的热分解和燃烧特性紧密相关。     

改性高能太根发射药热分解与燃烧性能研究

利用差示扫描量热法(DSC)、密闭爆发器试验研究了含黑索今(RDX)、聚醚聚氨酯弹性体材料(TPUE)的改性高能太根发射药热分解与燃烧特性,通过三维视频观察了改性高能太根药中止燃烧表面的形貌变化,分析了该类发射药的燃烧机理。结果表明:改性高能太根发射药的热分解过程主要分为由硝化棉、硝化甘油和硝化三乙二醇组成的基体的热分解和RDX的热分解;RDX颗粒的大小对改性太根药的实际燃烧过程产生较大影响。当RDX粒径为8.5μm和45μm时,两种改性太根发射药压力指数相当,其熔融和热分解过程主要发生在凝聚相区。当RDX粒径为90μm时,部分RDX颗粒从太根药基体脱离进入气相区分解燃烧,导致发射药燃面增加,质量燃烧速度加快,燃烧规律性下降;发射药中少量TPUE的加入对发射药燃烧性能影响较小。     

高氯酸铵光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了高氯酸铵的介电函数、折射率、吸收和反射谱等光学性质。分析了介电函数各峰值与对应能带带间跃迁的关系。结果表明,静态介电函数ε1(0)=1.10,静态折射率n0=1.05,吸收系数在能量10.88 e V时最大峰值为1.91×105cm-1。计算结果与文献实验结果相符。     

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.     

纳米Mn3O4复合催化剂的制备及其对AP热分解性能的影响

为了提升高氯酸铵(AP)基固体推进剂的燃烧及点火等性能,采用离子交换法制备了海藻酸锰薄膜,煅烧后得到了纳米Mn_3O_4复合催化剂,研究了其对AP热分解性能的影响。采用扫描电镜、傅里叶红外、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪等对制备的纳米Mn_3O_4复合催化剂形貌和结构进行了表征。结果表明,通过锰离子交换后,海藻酸钠变为海藻酸锰,所形成的薄膜表面光滑致密;400℃煅烧后原位生成的纳米Mn_3O_4颗粒负载在碳化后的海藻酸骨架上,其对AP的催化效果随着纳米Mn_3O_4复合催化剂含量的增加而增强,并且放热速率明显增加;当纳米Mn_3_O4复合催化剂含量为3%时,与纯AP相比,AP的分解温度降低了89.1℃。     

高负载量Cu1/Al2O3单原子催化剂的制备及其对AP热分解的影响

为了提高高氯酸铵(AP)的热分解性能,采用蒸发诱导自组装的方法制备了Cu1/Al2O3单原子催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)、透射电镜(TEM)、X射线吸收光谱(XAS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂形貌和结构进行了表征,并利用差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)研究了其对AP热分解性能的影响.结果表明,活性金属铜以Cu—O键形式稳定在载体表面,呈现均匀的单原子分散状态,Cu负载量高达8.7％质量分数;当Cu1/Al2O3单原子催化剂用量为质量分数5％时,AP的高温分解峰温为319℃,与纯AP相比提前了85℃,催化效果明显优于前驱体Cu(NO3)2·3H2O以及常见的nano-CuO催化剂,表明Cu1/Al2O3单原子催化剂对AP的热分解具有优异的催化作用.     

含RDX的叠氮硝胺发射药热分解与燃烧性能

用高压差示扫描量热法(DSC)与密闭爆发器实验,对比研究了均质叠氮硝胺发射药(DA3),和含DA3、RDX质量分数分别为85%、15%的DAR15发射药及含DA3、RDX质量分数分别为75%、25%的DAR25发射药的热分解及燃烧性能。结果表明,DAR15及DAR25发射药的DSC有两个放热峰,峰值温度约为210℃第一个放热峰由DA3分解所致,峰值温度约为236℃的第二个放热峰由RDX的分解引起,而DA3仅呈现一个放热峰。随着RDX含量增加,第一个峰的放热量减少,第二个峰的放热量增加。与DA3相比,DAR15及DAR25在40～120 MPa压力范围内燃速压力指数变大,在120 MPa～pdpm(压力陡度的最大值所对应压力)压力范围内燃速压力指数降低。RDX的引入使DAR15及DAR25发射药的起始燃速及起始燃气生成猛度降低,燃烧渐增性提高。