环境温度对高能球磨固态还原反应的影响

高能球磨过程中的温度效应一直是研究者们争论的焦点,这直接影响到对机械合金化机制的认识。作者以两种具有高放热性质的Al/CuO和Si/CuO体系为研究对象,考察了环境温度(11、22、100、200℃)对高能球磨固态还原反应的影响,试验结果表明:(1)Al/CuO和Si/CuO体系反应开始的时间均随环境温度升高而缩短,归因于提高环境温度增强了球磨固态原子或离子的扩散速率;(2)球磨中间停留将延长开始反应时间,这是因为停留使反应体系能量降低,恢复球磨需要一段时间来重新建立点火所需条件所致。     

钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性

针对模压烧结法制备的4种不同配比的铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)反应材料,采用分离式霍普金森压杆加载方法和高速摄影技术研究其冲击反应特性。实验结果表明：随着W含量的增加,反应材料的屈服强度和破坏强度提高;反应材料的应力-应变曲线分为弹性阶段、硬化阶段和破坏阶段,动态压缩特性具有明显的应变率效应;Al/W/PTFE反应材料的冲击反应过程可分为变形、破坏和燃烧反应;Al/W/PTFE反应材料中增加W含量,提高了材料的反应应变率阈值和比能量阈值。     

Al/Fe2O3/PTFE材料压缩力学性能与冲击反应特性

为研究铝/三氧化二铁/聚四氟乙烯(Al/Fe_2O_3/PTFE)材料在准静态压缩情况下的力学性能和落锤冲击条件下的反应特性,在Al/Fe_2O_3基础上加入不同体积分数的PTFE作为粘合剂,制备了多功能结构性Al/Fe_2O_3/PTFE含能材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征。结果表明,在准静态压缩条件下,随着PTFE含量的增加,材料的压缩强度、应变硬化模量、屈服强度、密度以及最大真实应变逐渐增大。当PTFE体积分数由40%增加到80%时,复合材料的强度由16 MPa逐渐上升到87 MPa。在落锤冲击条件下,PTFE体积分数为40%和60%的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料均能在落锤冲击下发生剧烈爆炸和燃烧,而加入80%PTFE的复合材料在高速摄影下也仅观察到微弱的火星,反应十分微弱。随着PTFE的增加,复合材料的感度逐渐降低,特性落高分别为55,58 cm和85 cm,发火延时分别为50,100μs和200μs。40%PTFE含量的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料落锤冲击后产物为AlF_3、Al_2O_3、FeF_2和炭黑,证实了铝热反应的发生,FeF_2不是PTFE与Fe_2O_3反应的产物,而是由铝热反应产生的Fe与PTFE分解产物之间的化学反应产生的。     

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     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产...     

钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体的球磨工艺研究

采用球磨法制备钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体,为制备高性能金属陶瓷材料提供原料基础。研究表明:随着球磨时间的增加,Al2O3颗粒在Al球表面的钉扎数量呈先增多后减少的趋势,球磨转速对Al2O3在Al球表面的钉扎数量呈先增多后减少的趋势;随着球料比的增大,Al2O3在Al球表面分布增多,综合考虑其性价比,采用球磨时间为24 h、转速为100 r/min和球料比为1∶2的工艺条件制备钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体较为适宜。     

复合推进剂铝粉燃烧反应动力学计算研究

对固体火箭发动机推进剂的比冲、燃烧效率等性能来说,现代社会已经提出了更高的要求。开展含铝推进剂燃烧机理研究,建立含铝推进剂燃烧模型具有重大现实意义,基于Al/O₂、Al/CO₂、Al/H₂O和Al/AP/HTPB/RDX推进剂的反应机理的详细反应机理,重点研究了密闭环境下反应过程中参与反应的物质组分变化,初步得到了Al/AP/HTPB/RDX推进剂燃烧模型,发现环境压力的提高有助于反应的进行,能提高反应进行的速率,并能提高反应达到平衡时的环境温度;发现环境初始温度的升高显著缩短了反应的延迟时间,但不利于放热总包反应的进行。     

空心结构的Al/PTFE基反应材料构筑及其燃烧性能

为探究结构对铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)基反应材料燃烧性能的影响,提高氟基铝热剂燃烧性能,利用增材制造技术,制备了实心、空心、核壳结构和限域空心结构的Al/PTFE基反应材料以及限域空心结构的铝/氧化铜(Al/CuO)、铝/氧化铁(Al/Fe₂O₃)基反应材料,并采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、高速摄影仪和恒容燃烧仪对其微观结构、热性能、燃烧速率以及产气性能进行了研究。结果表明：各样品结构完整,组分均匀;核壳结构和限域空心结构的样品放热量比同质量的实心结构和空心结构的样品低;空心、核壳结构和限域空心结构的样品的燃速分别为实心结构样品的1.44、1.32倍和2.62倍;空心结构和限域空心结构的样品的产气性能与增压速率获得明显提高,其中限域空心结构的样品提升最明显;Al/PTFE基、Al/CuO基和Al/Fe₂O₃基的限域空心结构材料燃速比其实心结构均有着明显的提升,该结构对Al/Fe₂O₃材料燃速提升最明显。制备空心结构材料来调控线条的燃烧性能有望对...     

反应烧结制备FeAl/Al2O3复合材料的研究

对不同成分配比的Fe2O3粉和Al粉末生坯分别进行900,1 000,1 100℃烧结,利用自蔓延反应放热和加热炉加热的综合作用制备FeAl/Al2O3复合材料。用扫描电镜、维氏硬度计、M-200型磨损试验机对烧结合金的金相组织、硬度以及磨损性能进行测试。结果表明:Fe2O3-Al在适当配比和烧结温度下,可以合成以FeAl为基体、Al2O3和铝铁金属间化合物为增强相的复合材料;试样烧结前后相对密度受Al含量和烧结温度的影响,Al含量越高,烧结温度越高,相对密度越大;Al的质量分数为40.3%,1 100℃烧结后的样品具有最高硬度和最佳耐磨性能。     

Al_2O_3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊界面附近元素分布及析出相

采用Ti/Cu/Ti复合中间层实现Al2O3-TiC陶瓷基复合材料和Cr18-Ni8不锈钢的扩散焊接。采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、X-射线衍射(XRD)等分析手段,对Al2O3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊接头的显微组织、元素分布及析出相进行分析。结果表明:Al2O3-TiC/Cr18-Ni8界面结合紧密,界面过渡区与两侧基体间界面平直。Ti与Al2O3间的反应主要发生在陶瓷表面附近;在Cu层内,Ti和Cu浓度轮廓互补;Ti向不锈钢侧扩散较大的距离,Fe、Cr表现为相似的扩散趋势;Ni呈现"上坡"扩散的特点。Al2O3-TiC/Cr18-Ni8接头的界面结构为Al2O3+TiC,NiAl2O4,TiC,CuTi+Cu(Ni),FeTi+Cr2Ti+TiC和Fe。     

机械合金化合成YAlO3

为了合成YAlO3(YAP),对Y2O3-Al2O3粉体混合物进行了高能球磨研究。试验结果表明:经高能球磨后,Y2O3-Al2O3可发生固相合成反应,生成YAlO3。Y2O3-Al2O3的机械合金化过程包括两个阶段:第一阶段(0～2h),氧化物颗粒快速细化,晶格发生严重畸变,球磨促使Y2O3发生了晶型转变,由稳定的立方晶转变成非稳态的单斜晶;第二阶段(5～40h),Y2O3晶型转变完成,并呈无定形化,Y2O3和Al2O3发生固相合成反应,生成YAlO3。     

高能球磨Al2O3-Y2O3粉体混合物的研究

为了合成Y3Al5O12(YAG),对Al2O3-Y2O3粉体混合物进行了高能球磨研究。研究表明球磨后的粉体XRD衍射峰明显,并非无定形态,球磨后粉体中的Al2O3、Y2O3达到纳米级别尺寸后,随着晶粒尺寸的减少而晶格畸变增加,且烧结成的YAG粉体与Al2O3、Y2O3粉体有相似的晶格变化趋势。     

一种Ti3AlC2陶瓷材料的制备方法研究

采用机械球磨和热处理方法制备Ti3Al粉体,并将Ti3Al和C反应烧结制备Ti3AlC2陶瓷材料。将Ti、Al的摩尔比为3∶1的混合粉末,球磨20 h后经750℃热处理40 min得到质量分数达到98.54%的Ti3Al金属间化合物;然后采用Ti3Al和C的摩尔比为1∶2为原料,进行反应烧结制备Ti3AlC2,在1 300℃保温60 min,可得到试样中Ti3AlC2的质量分数为96.4%。研究得出Ti3AlC2的合成路径即在反应过程中先生成Ti2AlC和TiC两相,然后二者反应合成Ti3AlC2相。     

3Al_2O_3·2SiO_2_f/ZL109复合材料的界面反应

利用电子探针、透射电子显微技术,研究了挤压铸造法制备的莫来石（３Ａｌ２Ｏ３ ·２ＳｉＯ２ ）纤维增强ＺＬ１０９ 合金复合材料的纤维与基体界面。研究中未发现纤维与基体界面有Ｃｕ 元素偏聚及其析出相与反应产物,而界面有明显的Ｍｇ、Ｓｉ元素偏聚,并发生Ｍｇ＋ ２ＳｉＯ２＋ ２Ａｌ→ＭｇＡｌ２Ｏ４＋ ２Ｓｉ反应,反应产物ＭｇＡｌ２Ｏ４ 依附纤维形核生长     

高能球磨AL─Cu合金固态合成反应研究

采用扫描电镜、能谱分析、Ｘ射线衍射和示差扫描量热分析研究了具有较大负混合焓的Ａｌ＿ｘＣｕ＿（１－ｘ）对称扩散系合金的高能球磨固态合成反应。高能球磨时组元晶粒细化达纳米级，造成纳米晶界亚互溶，为室温固态合成反应创造了条件，球磨强度对反应进程影响显著，在ｘ＝０．３～０．７范围内仅形成一种金属间化合物。     

纳米金属氧化物对HMX的催化热分解

用PDSC、TG和等温TG方法考察了九种纳米金属氧化物对HMX热分解过程的影响.结果发现,HMX熔融之前,金属氧化物使HMX固相分解增大,尤其是PbO、Al2O3和TiO2大大地催化了HMX的固相分解,3 MPa压力下PbO和Al2O3使HMX的固相放热抵消了HMX的熔融吸热,使熔融峰消失.PbO也催化了高压下HMX的液相分解,但Al2O3和TiO2对液相分解的作用不大.低升温速率TG结果和低于HMX熔融温度的等温TG试验结果与常压DSC固相分解的结果一致,其结果更有利区分纳米与非纳米材料的不同催化作用.     

废水溶液化学组分对O3/H2O2氧化TNT功效的影响

为评价TNT废水中不同化学组分对O3／H2O2降解功效的影响,选择HCO^-3、NO^-3、SO^-4、HCOO^-、Cu^2 及AJ^3 等进行了实验研究。以TNT去除率为评价指标,结果表明,溶液中HCO^-3、HCOO^-及Cu^-2 对O3／H2O2去除TNT功效具有抑制作用,其抑制能力的大小为Cu^2 ＞HCOO＞HCO^-3;Al^3 具有促进作用;NO^-3、SO^-4对O3／H2O2去除TNT功效几乎没有任何影响。     

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。     

环境压力对铝氧反应点火过程影响的计算分析

为了研究环境的压力对铝氧反应点火过程的影响,运用零维均质点火模型,利用CHEMKIN-PRO闭式均相反应器进行求解计算;分析了点火过程中主要基元反应对点火过程的影响,计算了参与点火过程的主要物质摩尔分数随时间的变化规律;重点计算了在2300 K初始温度不同环境压力下（1～9 atm）的点火延迟时间,点火延迟时间与环境压力的拟合关系式为t＝3．36×10－7 p0－0．99;获得了不同环境压力时组分O2、Al（l）、Al2O、Al2O2、AlO、Al2O3、O、AlO2、Al、Al2 O（l）在点火过程中的摩尔分数变化规律。