【摘要】：以Ni粉和Al粉(摩爾比1:1)為原料,采用冷壓-燒結(jié)法制備了Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料。研究了燒結(jié)溫度對Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料界面擴(kuò)散、力學(xué)性能、起始反應(yīng)溫度和能量密度等的影響。結(jié)果表明:燒結(jié)溫度的提高,增加了Ni-Al顆粒間界面擴(kuò)散速率,從而使含能結(jié)構(gòu)材料界面粘合強(qiáng)度增大,抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度提高,同時(shí),能量密度降低;當(dāng)燒結(jié)溫度為550℃時(shí),可獲得強(qiáng)度和能量密度俱佳的含能結(jié)構(gòu)材料,其抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度分別為66.0 MPa和294.6MPa,能量密度為436.1 J/g。
【圖文】：

·3470·稀有金屬材料與工程第46卷的釋能行為。如圖1所示，通過Φ14.5mm口徑彈道槍對試樣進(jìn)行加載。在距槍口一定位置放置測試靶，對試件的速度進(jìn)行測定。目標(biāo)靶為準(zhǔn)密閉容器，靶前端為0.5mm的薄鐵皮，靶內(nèi)放置一厚鋼板。試件通過撞擊薄鐵皮穿孔進(jìn)入密閉容器內(nèi)，然后撞擊厚鋼板產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。2結(jié)果與討論2.1燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度是制備Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料非常重要的參數(shù)，燒結(jié)溫度過高則使Ni原子和Al原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成大量金屬間化合物導(dǎo)致能量損失嚴(yán)重；燒結(jié)溫度過低，Ni粉和Al粉顆粒間擴(kuò)散微弱，無法形成化學(xué)結(jié)合，力學(xué)性能較差。因此，為了確定合適的燒結(jié)溫度對Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料素坯分別進(jìn)行了不同溫度下等溫1h的DSC表征(圖2a)。由圖2可知，燒結(jié)溫度為560和550℃時(shí)，DSC曲線出現(xiàn)明顯的放熱峰，表明Ni顆粒和Al顆粒之間發(fā)生放熱反應(yīng)生成金屬間化合物；燒結(jié)溫度為540和530℃時(shí)，DSC曲線在等溫期間呈現(xiàn)緩慢釋能趨勢；燒結(jié)溫度為520和510℃時(shí)，，DSC曲線幾乎為一條直線，原子間擴(kuò)散微弱。由于試樣的燒結(jié)是在低于Al的熔點(diǎn)進(jìn)行，燒結(jié)過程中顆粒的相互聯(lián)接主要是通過顆粒表面層原子的擴(kuò)散來完成的，低溫下微弱的原子擴(kuò)散無法在顆粒間形成較高的聯(lián)接強(qiáng)度。因此，Ni-Al能結(jié)構(gòu)材料的燒結(jié)溫度應(yīng)高于510℃。圖1彈道槍試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1Schematicofballisticexperimentalsetup圖2Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料等溫DSC曲線Fig.2IsothermalDSCcurvesofNi-AlESM為了進(jìn)一步確定試樣的燒結(jié)溫度，對不同溫度等溫1h的燒結(jié)試樣進(jìn)行XRD表征。由圖3可知，510、520和530℃燒結(jié)的試樣主要成分為Ni和Al；540℃的燒結(jié)試樣主要成分為Ni、Al和少量的Al3Ni；550℃的燒結(jié)試樣主要成分為Ni、Al、Al3Ni和Ni2Al3；560℃的燒結(jié)試樣主要成分為Ni

淶眉?銳。同時(shí)，由于燒結(jié)過程中部分金屬間化合物的形成引起能量密度的小幅度降低；燒結(jié)溫度為560℃時(shí)，大量金屬間化合物的形成導(dǎo)致Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料能量損失嚴(yán)重，燒結(jié)試樣的DSC曲線放熱峰消失。由能量密度和力學(xué)性能分析可知，燒結(jié)溫度由510℃上升至550℃Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料的能量密度呈現(xiàn)減小的趨勢，抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度則明顯提高。燒結(jié)溫度為540和550℃時(shí)，Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能和能量密度顯著高于其他燒結(jié)溫度下的試樣性能，且燒結(jié)溫度為550℃時(shí)能夠獲得力學(xué)性能和能量密度俱佳的Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料。圖6Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料DSC曲線Fig.6DSCcurvesofNi-AlESM表3不同燒結(jié)溫度的Ni-Al含能結(jié)構(gòu)材料的能量密度Table3EnergydensityofNi-AlESMatdifferentsinteringtemperaturesT/℃510520530540550Ti/℃651.9644.2653.5645.5648.2Ed/J·g-1512.7454.2484.9413.9436.1Note:Ti-initialreactiontemperature;Ed-energydensity1020304050Distance/μm100806040200leEmnetonCtne/att%NiAlabNiAl10080604020001020304050Distance/μm600620640660680700dTd/tTemperature,T/℃DSCd2Td/t2DDSCd3Td/t3DDDSCAB400500600700800Temperature,T/℃eatHFlwoEx.o560℃550℃540℃530℃520℃510℃
【作者單位】： 南京航空航天大學(xué);
【基金】：中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(NP2012303) 江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目
【分類號(hào)】：TB34

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本文編號(hào)：2532335