發(fā)布時(shí)間：2020-07-17 01:34

【摘要】：為篩選出能進(jìn)一步提高燃料空氣炸藥能量水平的金屬粉,對(duì)不同配方的新型高能合金(M合金)在燃料空氣炸藥中的適用性進(jìn)行研究,并通過(guò)對(duì)金屬粉爆炸活性進(jìn)行測(cè)試,篩選出較優(yōu)的高能金屬合金配方。在相同的含液體燃料A/液體燃料B/助燃劑C/金屬粉組分的FAE配方中,用高能M合金替換其中的高活性鋁粉,制備燃料空氣炸藥;研究了高能合金對(duì)燃料空氣炸藥爆炸沖擊波性能和熱毀傷性能的影響,并將高能合金對(duì)在燃料空氣炸藥爆炸性能影響結(jié)果與高能合金的爆炸反應(yīng)活性相比較,對(duì)用爆炸反應(yīng)活性篩選應(yīng)用于燃料空氣炸藥中金屬粉的方法進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)含金屬粉燃料空氣炸藥配方的安全性研究結(jié)果表明:燃料空氣炸藥中各組分與金屬粉的相容性,以及相應(yīng)燃料空氣炸藥配方的安定性滿(mǎn)足國(guó)軍標(biāo)要求,幾種材料能在燃料空氣炸藥中安全使用。對(duì)幾種金屬粉的物理特性表征結(jié)果表明:M2、M3和M4等高能合金的理論燃燒熱值及實(shí)測(cè)燃燒熱值均高于鋁粉,并且可以通過(guò)配方的改變來(lái)調(diào)整理論燃燒熱值,達(dá)到提高實(shí)測(cè)燃燒熱值的目的,高能合金比鋁粉具有更高的熱力學(xué)釋能潛熱。參照鋁粉粒度及比表面積對(duì)鋁粉-空氣混合物的影響,鋁粉顆粒的粒度越小,比表面積越大,爆轟越完全,越容易從燃燒轉(zhuǎn)爆轟。為研究和比較高能合金與鋁粉對(duì)燃料空氣炸藥性能的影響,所用的高能合金顆粒大小及比表面積與鋁粉相當(dāng)。同時(shí)高能合金的吸濕性滿(mǎn)足炸藥吸濕性的要求。高能合金的幾種物理特性測(cè)試結(jié)果能夠滿(mǎn)足燃料空氣炸藥的使用要求。為了解新型高能合金粉在炸藥中應(yīng)用時(shí)的能量釋放特性,采用哈特曼管和20L球爆炸測(cè)試系統(tǒng)分別對(duì)鋁粉、鎂粉、高能合金粉的動(dòng)力學(xué)釋能特性進(jìn)行了研究。對(duì)不同金屬粉發(fā)生粉塵爆炸的最小點(diǎn)火能量、最低著火溫度、爆炸濃度極限、最大爆炸壓力和爆炸指數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。其中高能合金的最小點(diǎn)火能為10～40mJ,小于鋁粉(70～80mJ);高能合金M1、M2、M3和M4的最低著火溫度分別為490℃、500℃、510℃和530℃,低于鋁粉(700℃)和硼粉(1000℃);高能合金M1、M2和M3的爆炸下限質(zhì)量濃度均為30 g/m3,低于A(yíng)l粉的爆炸下限質(zhì)量濃度40 g/m3;高能合金(M2、M3)的最大爆炸壓力分別為0.8791MPa和0.8622MPa,與鋁粉的最大爆炸壓力0.8805MPa相差不大,但高能合金M2、M3的最大爆炸指數(shù)分別為48.4523MPa·m/s和46.1812MPa·m/s,明顯大于鋁粉的最大爆炸指數(shù)32.9021MPa·m/s。從以上的系列粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可以看出:相比于鋁粉,高能合金粉塵相對(duì)于鋁粉較容易被點(diǎn)燃,可以在較低的質(zhì)量濃度下發(fā)生爆炸,且在爆炸時(shí)候的爆炸威力較為猛烈,高能合金的粉塵爆炸反應(yīng)活性更能滿(mǎn)足FAE對(duì)固體燃燒劑的要求。對(duì)含不同金屬粉燃料空氣炸藥的靜爆場(chǎng)爆炸沖擊波特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明:在近場(chǎng)區(qū),含M2和M3合金燃料空氣炸藥相比于含鋁燃料空氣炸藥、含M1燃料空氣炸藥及含M4燃料空氣炸藥在空氣中和地面沖擊波壓力上均有一定優(yōu)勢(shì),其中含M3樣品的空中沖擊波壓力和地面沖擊波反射壓力比同體系含鋁樣品分別提高5.5%和3.5%以上。燃料空氣炸藥發(fā)生爆炸后,沖擊波超壓主要是由燃料空氣炸藥中的燃料組分爆轟產(chǎn)生,而不同樣品中液體燃料相同的,因此爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力差異主要是由金屬燃燒劑造成的。所測(cè)得的沖擊波超壓結(jié)果與所測(cè)得的金屬粉粉塵爆炸反應(yīng)活性相一致。在云霧爆炸后期,分別含M2、M3和M4的燃料空氣炸藥中金屬合金的后燃反應(yīng)持續(xù)時(shí)間要明顯長(zhǎng)于含鋁燃料空氣炸藥及含M1燃料空氣炸藥。采用紅外攝像對(duì)燃料空氣炸藥的爆炸火球進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果表明:對(duì)比爆炸火球在紅外熱成像儀方向上的投影面積,含高能合金燃料空氣炸藥比同體系含鋁燃料空氣炸藥提高20～30%左右。含鋁燃料空氣炸藥爆炸反應(yīng)產(chǎn)生的火球最高表面溫度值為1723.5℃,含M2和含M3燃料空氣炸藥的爆炸火球表面最高溫度分別為1826.1℃和1816.5℃。含高能合金燃料空氣炸藥的爆炸火球表面高溫持續(xù)時(shí)間比含鋁樣品長(zhǎng)。含鋁燃料空氣炸藥火球表面溫度在1200℃以上的持續(xù)時(shí)間為260 ms,含M2和含M3燃料空氣炸藥分別為280 ms和290 ms;含鋁燃料空氣炸藥火球表面溫度在800℃以上的持續(xù)時(shí)間為310 ms,含M2和含M3燃料空氣炸藥均為360 ms。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ560.4
【圖文】：

圖２．３邋ＬＰ１金屬合金樣品粒徑分級(jí)逡逑２．２．３氋能合金逡逑

粒徑分級(jí)（—逡逑圖２．４高能合金Ｍ２樣品粒徑分級(jí)逡逑由圖２．３和圖２．４粒徑分級(jí)圖可知，采用特種制備方法嵌合組裝的鋁硼合金粒徑（中逡逑位徑為１８邋ｐｍ）明顯大于單一鋁（或硼）粉；采用特殊工藝處理后的新型高能合金體系逡逑尺寸分布范圍較寬，中位徑為３ｐｍ左右，整體粒徑分布與高活性鋁粉基本相當(dāng)，這為逡逑提高新型高能合金在ＦＡＥ中的能量釋放效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。逡逑２．３氋能合金熱分解溫度逡逑由于高能合金材料的特殊性，在一定溫度下有可能發(fā)生分解。因此有必要在應(yīng)用到逡逑ＦＡＥ前，試驗(yàn)其分解溫度，判斷其應(yīng)用于炸藥是否滿(mǎn)足安全要求。本文選擇在組分方面逡逑具有代表性的高能合金Ｍｌ和Ｍ２來(lái)進(jìn)行測(cè)試。此前己有很多人通過(guò)各種方法測(cè)定物質(zhì)逡逑的分解溫度，如邋ＴＧ邋法、ＤＴＡ邋法、ＤＳＣ邋法等。ＤＳＣ邋法全稱(chēng)為邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ逡逑（外觀(guān)如圖２．４）＿。與ＤＴＡ相比，ＤＴＡ法是測(cè)量ＡＴ－Ｔ的關(guān)系，而ＤＳＣ法是保持ＡＴ＝０，逡逑測(cè)定ＡＨ－ｔ的關(guān)系。兩者最大的差別是ＤＴＡ法只能定性或者半定量，而ＤＳＣ法的結(jié)果逡逑可以用來(lái)定量分析。ＤＳＣ法還具有以下特點(diǎn)：緣自功率補(bǔ)償原理，直接測(cè)量溫度和能量逡逑而非溫度差

Ｌａｂ：邋ＭＥＴＴＬＥＲ邐ＳＴＡＲＰ邋ＳＷ邋９．２０逡逑圖２．６邋Ｍ２以１０Ｋ／ｍｉｎ的升溫速率獲得的ＤＳＣ曲線(xiàn)逡逑２．３．３結(jié)果分析逡逑從圖２．５、圖２．６可以看出，Ｍｌ的ＤＳＣ曲線(xiàn)在３５０°Ｃ附近有一較大吸熱峰，筆者認(rèn)為逡逑該處吸熱峰為Ｍｌ的分解吸熱峰。而開(kāi)始分解吸熱的溫度（Ｔ０ｎｓｅｔ）為３５１．５９°Ｃ。Ｍ２的ＤＳＣ逡逑曲線(xiàn)在３５０°Ｃ附近也有一較大的吸熱峰，同樣也為Ｍ２的分解吸熱峰，而它的開(kāi)始分解吸逡逑熱的溫度（Ｔ０ｎｓｅｔ）為３３８．５１°Ｃ。逡逑從結(jié)果可知，Ｍｌ、Ｍ２的初始分解溫度都＞３３０°Ｃ，完全滿(mǎn)足炸藥的安全要求和儲(chǔ)存逡逑要求。逡逑２．４相容性逡逑炸藥的相容性是評(píng)價(jià)炸藥安全性和使用可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在討論炸藥的相容逡逑性的時(shí)候，要區(qū)分兩種現(xiàn)象。研究炸藥主體部分與其他材料混合后的反應(yīng)速率變化情況逡逑的屬于組分相容性。這是從混合炸藥的角度來(lái)研宄各個(gè)組分是否適宜于應(yīng)用。常把這種逡逑相容性問(wèn)題叫做內(nèi)相容性。另一種是把混合炸藥作為整體，研究炸藥和其他材料（包括逡逑金屬和非金屬材料）接觸后可能發(fā)生的反應(yīng)情況，這是屬于接觸相容性的問(wèn)題，稱(chēng)作外逡逑相容性［９２＿９４］。本文所涉及的Ｆａｅ配方相容性屬于燃料與金屬粉之間的內(nèi)相容性問(wèn)題。逡逑２．４．１實(shí)驗(yàn)方法逡逑測(cè)定炸藥和材料相容性的方法有很多，如：差示掃描量熱儀（ＤＳＣ）法、微熱量熱逡逑法、真空安定性、布氏壓力計(jì)法、１００°Ｃ加熱法、氣相色譜法等。由于ＦＡＥ的特殊性

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2758800