【摘要】：納米鋁粉(n-Al)是納米鋁熱劑中應(yīng)用最為廣泛的金屬燃料。n-Al在生產(chǎn)、存儲以及燃燒過程中,往往會在顆粒表面型成Al_2O_3氧化層從而阻礙反應(yīng)的進行,使納米鋁熱劑的反應(yīng)性能受到影響。除此之外,納米鋁熱劑在加工和使用過程中還存在顆粒極易團聚和藥柱強度較低等問題,都在一定程度上制約了其在含能材料中的應(yīng)用。本文主要針對以上問題開展了系統(tǒng)的研究。設(shè)計了一種新型的n-Al/FeF_3納米鋁熱劑,并對其熱分解過程和燃燒性能進行了研究。研究結(jié)果表明:n-Al/FeF_3主反應(yīng)的起始反應(yīng)溫度比n-Al/n-Fe_2O_3納米鋁熱劑低,分別為410℃和529℃。n-Al/FeF_3比n-Al/n-Fe_2O_3納米鋁熱劑反應(yīng)更完全,二者反應(yīng)方程式分別為Al + FeF_3 = AlF_3 + Fe和2Al + 9Fe_2O_3 = Al_2O_3 + 6Fe_3O_4。n-Al/FeF_3 納米鋁熱劑的反應(yīng)熱更高,為1824 Jg~(-1),是n-Al/n-Fe_2O_3納米鋁熱劑放熱量的8.4倍。n-Al/FeF_3納米鋁熱劑燃燒時比n-Al/n-Fe_2O_3納米鋁熱劑有更大、更明亮的火焰。當(dāng)兩種鋁熱劑組成均為化學(xué)計量比時,10mgn-Al/FeF_3樣品燃燒的平均時間為38.7ms;而10mg n-Al/n-Fe_2O_3樣品燃燒的平均時間為55.2 ms。研究了一系列含氟高聚物納米鋁熱劑(納米鋁熱劑:n-Al/n-CuO、n-Al/n-Fe_2O_3、n-Al/n-Co_3O_4和n-Al/n-NiO;含氟高聚物:聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE))的熱分解過程。通常研究認為含氟高聚物在納米鋁熱劑的反應(yīng)過程中僅作為氧化劑,而本研究修改了這種傳統(tǒng)認識。研究結(jié)果表明:在鋁熱劑反應(yīng)過程,含氟高聚物中的氟元素將n-Al氧化生成氟化鋁;氫、碳元素將金屬氧化物還原生成水和二氧化碳。n-Al/n-CuO/PVDF和n-Al/n-CuO/PTFE納米鋁熱劑燃燒性能的研究結(jié)果表明:向n-Al/n-CuO納米鋁熱劑中加入PVDF和PTFE可以提高樣品定容燃燒的最大壓力(PVDF最高提高86%,PTFE最高提高54%),并在一定范圍內(nèi)提高其燃燒速率(PVDF最高提高13%,PTFE最高提高145%)。采用靜電噴霧法/紡絲法分別制備了結(jié)構(gòu)增強型n-Al/n-CuO/PVDF含能復(fù)合薄膜(由納米鋁熱劑層和PVDF增強層交替組成的多層復(fù)合薄膜)和纖維增強型n-Al/n-CuO/PVDF含能復(fù)合薄膜(由納米鋁熱劑基體包裹PVDF納米纖維組成的復(fù)合薄膜),并對所制得的薄膜材料進行了燃燒性能和機械性能研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在納米鋁熱劑薄膜中采用結(jié)構(gòu)增強和纖維增強結(jié)構(gòu),都可以在不改變含能材料組成的情況下大幅提高其燃燒性能和機械性能,這為納米鋁熱劑藥柱的裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了一個新的方法。
【圖文】：

含l#納米鉛熱劑的制備及反應(yīng)特性的研究逡逑２．３．１邋ＦｅＦ３的熱分解逡逑首先對未干燥脫水的無水l#化鐵粉末樣品進行了邋ＴＧ／ＤＳＣ－ＭＳ測試。圖２．１展示了逡逑ＦｅＦ３樣品在氨氣氣氛下的ＴＧ／ＤＳＣ曲線。實驗所用的升溫速率為１０邋Ｋ邋ｍｉｎ－ｉ，加熱溫度逡逑范圍為＾°Ｃ－７００°Ｃ。由圖中可Ｗ看出樣品質(zhì)量損失主要分為蘭個階段，第一階段位于逡逑？９０－１７０°Ｃ，ＴＧ曲線表明此階段質(zhì)量損失為？２．０ｗｔ％，ＤＳＣ曲線在此溫度區(qū)間有一個小逡逑的吸熱峰（圖２．１里的峰ａ），由于在相應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物的質(zhì)譜結(jié)果上檢測到了邋ＯＨ＋邋（ｍ／ｚ逡逑＝邋１７，圖２．２ａ里的峰１）和出０＋邋（ｍ／ｚ＝邋１８，圖２．２ｂ里的峰４）離子碎片，，故可Ｗ認為逡逑這個吸熱峰是ＦｅＦ３納米顆粒表面的吸附水解吸所造成的。逡逑緊接著是樣品質(zhì)量損失的第二階段，此階段從１７０°Ｃ開始到４６０°Ｃ結(jié)束，在相應(yīng)的逡逑ＤＳＣ曲線上對應(yīng)著兩個分別位于３１６°Ｃ和４０６°Ｃ的吸熱峰（圖２．１里的峰ｂ和峰Ｃ），逡逑這說明此分解階段又可Ｗ被分為兩步。其他研究者的工作顯示［８４－８８】

接下來對干燥脫水的無水l#化鐵樣品進行了相同的ＴＧ／ＤＳＣ－ＭＳ測試。圖２．３ａ里展逡逑示了干燥后ＦｅＦ３樣品在氨氣氣氛下的ＴＧ／ＤＳＣ曲線�？桑卓闯鼋�(jīng)過干燥后，樣品從逡逑３２０°Ｃ開始質(zhì)量損失，其質(zhì)量損失約為２．８邋ｗｔ％。樣品加熱過程氣態(tài)產(chǎn)物的質(zhì)譜結(jié)果表逡逑明，無水l#化鐵受熱分解放出了邋Ｆ＋邋（圖２．化），而且反應(yīng)過程中無ＯＨ＋和Ｈ２０＋生成，逡逑這表明在４００°Ｃ下可Ｗ完全的驅(qū)除樣品中所含的水分（包括吸附水和結(jié)晶水）。逡逑ａ）邋１０５＾邐１，邐１．６－１邐１逡逑Ｒａｆｔｗ邋ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ邋＿ＴＧ邋．！ｉ邋７邋0＜邐＿＋邋Ａ逡逑－｜ｉ４．邐—邋／Ｖ逡逑ｆ９５．邐＼逡逑的邋２００邐４００邐６００邐２００邐４０Ｑ邐６００逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ巧（＊Ｃ》邐Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｆＣ）逡逑圖２．３干燥處理后的無水l#化鐵樣品的ＴＧ／ＤＳＣ曲線（ａ）邐及分解的氣體產(chǎn)物質(zhì)譜結(jié)果（ｂ）逡逑２．３．２邋ｎ－Ａｌ／ＦｅＦ３納米鉛熱劑的熱分解逡逑對３＃號ｎ－Ａｌ／Ｆ化樣品進行了邋ＴＧ／ＤＳＣ－ＭＳ測試。樣品含有如ｗｔ％的納米鉛粉和７３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ560

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 鄒美帥;杜旭杰;李曉東;楊榮杰;;反應(yīng)抑制球磨法制備超級鋁熱劑的研究進展[J];兵工學(xué)報;2013年06期

2 姚二崗;趙鳳起;郝海霞;徐司雨;高紅旭;李鑫;;全氟十四酸包覆納米鋁粉的制備及點火燃燒性能[J];火炸藥學(xué)報;2012年06期

3 安亭;趙鳳起;郝海霞;馬海霞;姚二崗;楊勇;譚藝;;鋁熱劑對雙基推進劑激光點火特性的影響[J];火炸藥學(xué)報;2011年01期

4 王毅;李鳳生;姜煒;張先鋒;郭效德;;Fe_2O_3/Al納米復(fù)合鋁熱劑的制備及其反應(yīng)特性研究[J];火工品;2008年04期

本文編號：2675252