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。     

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。     

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 ℃。     

静电喷射纳米铝热剂的微推进性能

纳米铝热剂可用作基于微机电系统(MEMS)的固体化学微推进器的装药。添加含能粘结剂可以增强纳米铝热剂的推进性能表现。选择硝化棉(NC)和聚偏二氟乙烯(PVDF)作为含能粘结剂,利用静电喷射的方式制备纳米铝热剂,从理论和实验系统地研究了燃料/氧化剂的平衡配比、粘结剂含量对推进性能的影响,并与相同条件下机械混合纳米铝热剂的推进性能比较。结果表明:静电喷射较机械混合纳米铝热剂的固体颗粒分布均匀;Al/CuO的计算最佳平衡配比为0.9,最佳实验平衡配比为1.8;当NC含量为2.5%时,比冲可以达到250.2 m·s~(-1),与无粘结剂的Al/CuO相比增加比例为8.0%;PVDF的加入降低了实验比冲值。粘结剂的分解产物将纳米颗粒分开,增加了凝聚相反应的特征传质长度,导致燃烧持续时间从2.9 ms显著地增加到87.8 ms。     

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.     

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。     

高氯酸盐对Al-MnO2纳米铝热剂热性能及燃烧性能的影响

为了研究高氯酸盐对纳米铝热剂反应性能的影响,选用高氯酸钾（KClO₄）和高氯酸铵（NH₄ClO₄）作为添加剂,采用静电喷雾法分别制备KClO₄-Al-MnO₂和NH₄ClO₄-Al-MnO₂纳米复合材料样品。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察了样品的微观形貌;采用同步热分析技术（TG-DSC）研究了样品的放热过程和反应活化能,结合X射线衍射技术（XRD）分析了反应后产物的成分,使用快速电热丝实验对比研究了样品的燃烧过程和燃烧速率。结果显示,纳米Al粉和MnO₂集中分布在高氯酸盐基底上;由于MnO₂的催化作用,KClO₄和NH₄ClO₄均在铝热反应发生前出现分解放热过程,其中NH₄ClO₄的分解放热量显著高于KClO₄;KClO₄和NH₄ClO₄的引入,使体系中铝热剂的相对含量降低,导致铝热反应的峰值温度分别推迟了21 ℃和31 ℃。KClO₄-Al-MnO₂的产物主要为Mn₃O₄,而NH₄ClO₄-Al-MnO₂的产物主要为MnO,NH₄ClO₄可以提高MnO₂中O元素的利用率。高氯酸盐的引入可降低体系发生铝热反应的活化能,降低量大于35%,并能够有效提高铝热剂的反应速率;在发火实验中,直接表现为火焰的快速成长、扩散和消退,但是高氯酸盐的引入也将降低火焰的明亮程度和大小。     

Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe₂O₃界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^-2和3.02 J·m^-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe₂O₃表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al-O离子键...     

对称性破缺Au-ITO-Ag纳米核壳的光学特性研究

以对称性破缺Au-ITO-Ag纳米核壳结构为研究对象,采用有限元法系统研究其LSPR消光特性的影响因素及变化规律,运用等离激元杂化理论对其LSPR现象进行解释。研究结果表明:纳米核壳的消光特性对入射光偏振方向极其敏感;当入射光偏振方向垂直和平行于对称轴方向时,横向模式︱ω_⊥〉和轴向模式︱ω_//〉可产生多个偶极和高阶共振模式;通过改变Au内核的半径,3层纳米核壳的LSPR共振模式可调谐至近红外区域,在生物传感器和选择性滤波器应用方面潜力巨大。     

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     

球形Al-Si合金燃料的制备及其反应特性

针对推进剂、混合炸药对新型金属合金燃料的使用需求,采用绝氧-闭环高速离心雾化法制备了Si含量分别为12%和20%球形Al-Si合金燃料(Al-12Si和Al-20Si)。采用扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、金相分析对合金燃料的结构及组成进行了表征,采用氧弹量热仪、热重与差示扫描量热联用(TG-DSC)对燃料的燃烧热和热氧化特性进行了研究,在550,620,1000℃及1200℃下原位取样测试了Al-20Si热氧化产物的形貌及组成。结果表明,Al-Si合金燃料为典型的球形壳核结构,表面主要是由初晶Si片组成的"壳",其尺寸随合金燃料粒度的增大而增大,内部是网状Si骨架立体结构。Al-12Si的燃烧热为29.285 kJ·g~(-1),热氧化反应至1200℃增重为51.17%;Al-20Si的燃烧热为29.039 kJ·g~(-1),热氧化反应至1200℃增重为43.33%。     

炸药爆轰过程中反应生成物的传播研究（英）

对圆筒型装药发生爆轰后的反应物的传播过程进行了研究，分析了轴向平均速度、径向平均速度和实际传播速度与时间和距离的函数关系。     

动态云雾形成及爆轰场特性

为获得动态云雾爆轰的超压场分布特征,采用空投方法实现动态云雾的形成和爆轰过程。利用高速运动分析系统和压力测试系统分别对动态云雾分散、爆轰过程和动态爆轰超压场进行测量,对动态云雾的燃料抛撒和超压场分布进行了研究,分析了轴向有加强杆装置结构和轴向无加强装置杆结构对动态云雾爆轰超压场的影响规律。结果表明:轴向无加强杆结构和轴向有加强杆结构的动态最大峰值超压分别为3.62 MPa和3.20 MPa,轴向无加强杆结构具有较大的毁伤距离;动态爆轰最大峰值超压较静态爆轰最大峰值超压提高31.2%,且动态爆轰毁伤距离大于静态爆轰。     

聚能射流对带壳浇注PBX装药的撞击响应

为研究聚能射流对带壳浇注高聚物粘结炸药(PBX)的引爆特性,利用弹径Ф82 mm的聚能装药形成了一种直径细、速度大于7000 m·s-1的高速射流,以及一直径较粗、速度约5000 m·s-1长杆状射流,分别对覆盖有210,255 mm和165,210 mm两组不同厚度钢板的PBX进行了撞击试验。采用高速摄影观测分析了射流撞击下带壳PBX点火引爆的反应过程。用LS-DYNA软件验证了试验结果,得到了不同射流对PBX的引爆能量值。结果表明:弹径Ф82 mm的聚能装药形成的射流能够可靠引爆覆盖小于255 mm厚钢板的浇注PBX,能满足反导弹战斗部毁伤厚壳体目标的需求。     

传爆药柱直径对主装药爆轰成长特性的影响

为了更好地研究传爆序列中主装药在传爆药作用下的爆轰成长特性,采用高速扫描相机,捕捉主装药柱中爆轰波沿侧面轴线的传播轨迹,结合数值模拟计算分析了起爆传爆过程。研究表明,与奥克托今（HMX）基理想炸药相对比,传爆药的尺寸变化对TATB基非理想炸药爆轰波的发展过程影响更明显,特别是当传爆药柱尺寸减小至Φ10 mm×5 mm时,TATB基炸药爆轰波的成长距离更长,爆轰波发展至40 mm位置处才趋于稳定爆轰。与一维冲击起爆过程不同的是,小尺寸传爆药柱冲击起爆作用下,主装药柱中爆轰成长过程表现为二维效应,因此沿轴向和径向化学反应速率的明显差异对爆轰传递的可靠性起重要作用。     

5-氨基四唑/高碘酸钠体系气体发生剂特性

为获得低燃温气体发生剂,利用喷雾干燥法制备5-氨基四唑(5-AT)/NaIO4/CuO复合粒子作为气体发生剂配方.通过扫描电子显微镜对5-AT/NaIO4/CuO复合粒子的复合效果进行表征,用同步热分析仪、氧弹量热仪、热电偶和靶线法分别对5-AT/NaIO4/CuO复合粒子的放热量、温度和燃速进行测试.结果表明:由喷雾...     

内聚爆轰加载下金属圆管的自由面速度测量初探

利用不等长“刺猬”状电探针布局方法,对滑移内爆加载下金属圆管的自由面（内表面）速度历程作了探索性测量,获得了不同装药厚度下自由面粒子速度v随空间半径R的变化关系,并对结果进行了简单讨论。数据分析初步显示了装药厚度对钢管自由面粒子速度的影响;针对40mm厚硝基甲烷装药条件下实验所得的初始自由面速度vo比基于CJ理论的理论值高,用“爆压增长现象”进行了初步解释。上述工作为进一步开展内爆驱动轴对称结构运动的定量测量奠定了基础。     

脉冲爆轰发动机管壁传热特性的数值研究

为了探究爆轰过程中燃烧室管壁的传热特性,采用CE/SE方法和有限差分法分别对气液两相脉冲爆轰发动机(PDE)内流场及燃烧室管壁的传热问题进行了数值计算; 运用能量平衡法解决了内流场与管壁传热之间的耦合传热问题。计算结果表明,对于燃烧室内任一截面,爆轰波扫过或膨胀波到来时,对流换热强度大,内壁面温度上升快; 单次爆轰时,爆轰波所在区域温度高达2 000 K,管壁靠近内壁面的区域径向上存在较大的温度梯度,靠近外壁面的区域温度几乎没有变化; 当燃烧室管口压力恢复到环境压力时,从PDE头部到尾部,管壁内壁面温度逐渐升高,热量传递区域厚度逐渐增大。     

连续旋转爆轰发动机隔离段流场数值模拟研究

为了研究连续旋转爆轰发动机(CRDE)隔离段的反压特性,建立了等直隔离段以及带扩张段的隔离段模型,用FLURNT对这2种构型的隔离段进行三维数值模拟,研究了旋转爆轰波在隔离段内向上游传播的特性,分析了不同结构对流场结构、激波串前传位置的影响; 对同一结构,分析了反压大小、旋转速度对其的影响。研究结果表明,反压在隔离段内与附面层相互作用,诱导出复杂激波和膨胀结构,形成了激波串。反压扰动在隔离段中前传的距离与隔离段的构型、反压旋转速度和大小有关:等直隔离段的抗压能力相对更强,反压旋转速度或压力增加,都会使得扰动区域增加。数值模拟结果对CRDE隔离段反压特性研究以及结构设计具有一定参考价值。