多孔硅/高氯酸钠含能材料爆炸性能研究

采用电化学阳极氧化法在P型单晶硅基片上生成多孔硅层,利用重量法计算出多孔硅层的孔隙率.在多孔硅孔隙中填充高氯酸钠,制备多孔硅/高氯酸钠含能材料,并对其进行了电压感度测试.结果表明:生成多孔硅层的孔隙率最高可达到85％;按照GJB 772A-97标准对多孔硅/高氯酸钠进行摩擦感度测试,爆炸概率为84％;用Ni-Cr桥丝对...     

纳米多孔硅粉的化学腐蚀及其理化性质表征

以纯度大于99%,粒径20μm以下的硅粉为原料,以HF、HNO3、蒸馏水及亚硝酸钠为腐蚀介质,采用化学腐蚀法制备纳米多孔硅粉。利用扫描电镜、全自动比表面积仪以及傅里叶变换红外光谱仪对纳米多孔硅粉进行了表征。制备了多孔硅/高氯酸钠复合材料并进行了燃烧实验。结果表明,腐蚀体系中硝酸浓度是影响孔径分布的主要因素。腐蚀时间则是增大纳米多孔硅粉比表面积的关键因素。最佳腐蚀条件为硝酸浓度5.2%,腐蚀时间120 min。制备的纳米多孔硅粉为介孔材料,表面存在大量的硅-氢键,比表面积达58.2264 m2·g-1。制备的多孔硅/高氯酸钠复合材料能剧烈燃烧,伴有爆燃现象,能用作绿色点火药剂或燃烧剂。     

纳米多孔硅含能芯片性能研究

采用MEMS（Micro-electromechanical Systems）工艺在硅片上加工耐HF酸掩模窗口,结合电化学腐蚀法制备出多孔硅阵列。通过扫描电镜和比表面积测试仪对多孔硅进行了性能表征,结果表明：多孔硅具有均匀的纳米尺度孔径、较大的比表面积以及良好的海绵体的结构特性。通过原位形成多孔硅含能芯片,进行了热发火和机械撞击发火试验,结果表明：在没有壳体限制条件时,纳米多孔硅含能芯片在热和机械能刺激下发生强烈点火或者爆炸。     

多孔硅/高氯酸钠复合材料合成与爆炸特性研究

采用电化学阳极氧化法制备多孔硅,考察不同阳极氧化条件下多孔硅孔隙率及膜厚变化规律,分析阳极氧化条件、高氯酸钠溶液浓度及多孔硅贮存方法等对多孔硅/高氯酸钠复合材料爆炸特性的影响。结果表明,多孔硅孔隙率随阳极氧化电流密度增加而增大,当电流密度达到50mA.cm-2时趋于稳定,当氢氟酸浓度增加时多孔硅孔隙率反而减小,而阳极氧化时间延长时多孔硅孔隙率呈先增加后减小现象,且氧化时间为30min时孔隙率最大;多孔硅膜厚随时间增加而增大,其生长速度为2μm.min-1左右;当新鲜多孔硅形成后,其表面出现微裂缝,内部含大量长度为40μm,宽度为2～3μm硅柱;当新鲜或乙醇贮存7天内的多孔硅浸入浓度不小于0.1g.mL-1NaClO4甲醇溶液后,形成的多孔硅/高氯酸钠复合材料能够发生爆炸。     

硅烷偶联剂对多孔硅的稳定化研究

为了将多孔硅应用于含能材料的制备,采用电化学双槽腐蚀法制备了平均孔径4.3 nm,厚度超过100μm的不龟裂多孔硅薄膜,利用硅烷偶联剂(KH550,KH560,KH570)对此多孔硅薄膜进行表面处理,采用红外光谱(FTIR)技术研究了三种硅烷偶联剂对多孔硅处理前后红外光谱的变化。结果显示,三种硅烷偶联剂均大大降低了多孔硅表面的Si—Hx键的数量,使不稳定的Si—H键转化成更加稳定的Si—OR键。其中KH550和KH570消除悬挂键的效果优于KH560。     

纳米多孔硅含能材料性能研究

结合微机电系统(micro-electromechanical systems)加工技术采用电化学腐蚀法制备多孔硅,通过扫描电镜、比表面积测试仪、差热和红外对多孔硅结构参数以及多孔硅含能材料性能进行了分析,同时对其发火性能进行了测试,结果显示多孔硅具有均匀的纳米尺度孔径,孔径为20 nm左右,较大的比表面积以及良好的海绵体结构特性;纳米多孔硅含能材料在热能刺激下515℃时可发生热分解反应;在热烘烤2 min或者1.6 A直流条件下多孔硅含能材料可靠发火。表明了纳米多孔硅含能材料在没有金属壳体条件限制时,可以在热能和电能刺激下发生点火作用。     

宽温度范围纳米多孔硅/高氯酸钠热分解特性

以纳米多孔硅粉(nPS)为燃烧剂,高氯酸钠(NaClO_4)为氧化剂制备nPS/NaClO_4复合含能材料,利用差示扫描量热-热重(DSC-TG)法研究其在宽温度范围(25~1200℃)的热分解特性。为了更全面地了解该复合含能材料的热分解特性,同时研究了nPS、NaClO_4、Si/NaClO_4、nPS/NaCl复合材料热分解特性。结果显示,氧气气氛下硅氢键在400.0℃发生断裂,而其在氩气氛围下的断裂温度为820.0℃。NaClO_4在581.0℃分解放热,总失重量为68.31%。nPS/NaCl复合材料在883.3℃出现最强放热峰,放热量为567.0 J·g~(-1)。硅氢键的存在使nPS/NaClO_4放热量达到359.5 J·g~(-1),与Si/NaClO_4相比,增大了15.3 J·g~(-1)。综合热分析测试结果,推测出nPS/NaClO_4复合含能材料的热分解机理:O_2使硅氢键提前断裂并参与放热反应,800℃后未断裂的硅氢键与NaCl发生反应最终生成Si。固体燃烧产物的XRD图谱证明了该推论的合理性。     

纳米多孔铜/高氯酸钠复合物电点火头的原位制备方法

为制备纳米多孔铜/高氯酸钠复合物电点火头,以焊有桥丝的脚线为阴极,大面积紫铜片为阳极,采用电沉积法在桥丝上原位沉积纳米多孔铜;将沉积有纳米多孔铜的桥丝浸入高氯酸钠饱和溶液制得纳米多孔铜/高氯酸钠复合物电点火头.采用SEM,EDS,XRD等手段对复合物进行表征,采用DSC研究了复合物的热分解性能,表明在402.09℃处有一尖锐的放热峰,放热量为171.8J/g.采用直流发火和脉冲电流发火的方法测得电点火头50%发火感度分别为0.55A和0.47A,两种测量方法的标准偏差分别为0.114和0.005;且在22μF电容、32V的测试条件下电点火头不发火.该方法将火工品药剂的原位合成与火工品的制造有效结合,避免了电点火头生产过程中操作者与药剂的直接接触,有利于提高生产过程中的安全性.     

硅基Cu(N3)2@CNTs复合含能薄膜的制备与表征

针对叠氮化铜(Cu(N_3)_2)静电感度高、难以实际应用的问题,设计了一种基于硅基底的内嵌叠氮化铜碳纳米管复合含能薄膜材料。首先,采用改进的两步阳极氧化法在硅基底上制备多孔氧化铝薄膜,然后将其作为模板,先后通过化学气相沉积法和电化学沉积法在氧化铝孔道中制备内嵌铜纳米颗粒的定向碳纳米管(CNTs)阵列,最后利用气固相叠氮化反应制备得到可与微机电系统(MEMS,Micro-electro Mechanical Systems)加工工艺相兼容的硅基Cu(N_3)_2@CNTs复合含能薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的微观形貌、晶体结构和组成成分进行了表征,利用差示扫描量热法(DSC)对复合含能薄膜进行了热分解动力学研究,采用升降法测试了复合含能薄膜的静电感度。研究结果表明:硅基Cu(N_3)_2@CNTs复合含能薄膜的活化能约为230.00 kJ·mol-1,热爆炸临界温度约为193.18℃;复合薄膜的静电感度明显得到改善,50%的发火能量约为4.0 mJ。     

硅烷偶联剂稳定化处理的多孔硅/Pb3O4的反应性能

为了将多孔硅应用于新型含能材料,研究了经硅烷偶联剂稳定化处理的多孔硅/Pb3O4的反应性能。用电化学腐蚀法制备了多孔硅,用KH550、KH560和KH570改性了多孔硅,制成了10/90-多孔硅/Pb3O4点火药。用氧弹、DSC、TG、MS测定了多孔硅/Pb3O4点火药的反应性能,用XRD分析了多孔硅/Pb3O4点火药分解和燃烧后的残渣。结果表明:(1)经硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570处理的多孔硅/Pb3O4点火药(样品2、样品3、样品4)的放热量低于未经硅烷偶联剂处理的多孔硅/Pb3O4点火药(样品1),但其放热峰温度未发生改变,表明硅烷偶联剂只影响多孔硅/Pb3O4点火药分解反应的动力学行为;(2)样品1～4燃烧热值的降低次序为样品2>样品3>样品4>样品1;(3)多孔硅/Pb3O4点火药分解和燃烧后的残渣为氧化铅和硅酸铅;(4)硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570可使多孔硅在空气中的稳定性提高。