發(fā)布時間：2020-09-01 14:51

　　 單質(zhì)鋁和硼粉作為金屬燃料被廣泛應用于固體推進劑及火炸藥領(lǐng)域,但兩種燃料都具有燃燒不完全的缺點,為改善其燃燒性能,本論文通過制備Al-B合金粉末并添加活潑金屬元素Eu、Li來提高合金燃料的燃燒效率,比較研究了B含量、氧分壓對系列合金燃料熱性能的影響。本文采用非自耗電弧熔煉技術(shù)和惰性氣體霧化法制備了Al-B、Al-B-Eu以及Al-B-Eu-Li三個系列合金粉末,所有粉末均具有良好的球形度和分散性。采用XRD和SEM技術(shù)對三個系列合金粉的物相組成及微觀形貌進行了分析表征,通過TG-DTA測試了合金粉的熱氧化特性,用氧彈量熱法對合金粉末的燃燒特性進行了測量。研究表明,AlB_2金屬間化合物在Al-B合金內(nèi)部呈現(xiàn)細枝晶狀分布。所有Al-B合金粉末的起始氧化溫度均低于單質(zhì)鋁粉。隨著B含量升高,Al-B合金粉末的熱氧化總增重與總放熱量增加。氧彈燃燒實驗表明合金粉末的燃燒熱也隨B含量的升高而逐漸上升。但Al-B合金的燃燒產(chǎn)物仍檢測到了可燃燒的單質(zhì)鋁,燃燒不充分。為了改善Al-B合金的燃燒性能,本文在合金中添加了具有助燃作用的活潑金屬元素Eu、Li。研究發(fā)現(xiàn)Al-B-3Eu合金顆粒表面呈現(xiàn)網(wǎng)狀縫隙結(jié)構(gòu)。Al-3.5B-3Eu在1110°C下發(fā)生劇烈的氧化放熱現(xiàn)象,增重效率為53.66%。當Eu含量不變時,隨著B質(zhì)量分數(shù)增加,Al-B-Eu合金粉末的燃燒熱先增后減。Al-3.5B-3Eu三元合金粉末在3.0 MPa氧分壓下的燃燒放熱呈現(xiàn)最大值。在Al_4Eu和B_6Eu兩種金屬間化合物的協(xié)同作用下,Al-3.5B-3Eu合金粉末內(nèi)形成一種特殊的網(wǎng)狀金相結(jié)構(gòu),此金屬間化合物的優(yōu)先氧化膨脹導致燃料顆粒在燃燒過程中產(chǎn)生崩裂現(xiàn)象,使得Al-3.5B-3Eu合金粉末相對于Al-B合金燃燒更加劇烈和充分。Al-B-Li-Eu合金顆粒表面光滑且球形度較高,呈現(xiàn)微納網(wǎng)狀晶界結(jié)構(gòu)。Al-B-Li-Eu在1036°C下發(fā)生強烈氧化放熱現(xiàn)象。Al-B-Li-Eu合金粉末的燃燒熱隨氧分壓上升而增加,在高壓下燃燒完全。燃燒過程中,晶界優(yōu)先氧化被消耗,在表面形成多孔結(jié)構(gòu),有利于氧向顆粒內(nèi)部擴散,加速了顆粒的燃燒速度,產(chǎn)物呈現(xiàn)多孔狀殼層結(jié)構(gòu)。綜上所述,氣霧法制備的Al-B、Al-B-Eu以及Al-B-Eu-Li三個系列合金粉末與單質(zhì)Al粉相比,均具有更優(yōu)異的氧化和燃燒性能,為研制高活性含硼合金燃料提供了新的設計思路。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ517.2
【部分圖文】：

考慮在 Al-B 合金中添加稀土元素中 Eu 具有活潑的化學性質(zhì)，較低的點火溫度， Al-B 合金燃料的總?cè)紵裏嶂�，且稀土元素在合硼合金中銪元素的質(zhì)量分數(shù)確定為 3%。以 Al 錠金為原料，計算配比并采用氣霧化設備制備出 B 以及 Eu 含量為 3wt.%的 Al-B-Eu 三元合金粉末索研究新型四元鋁基合金材料性能，結(jié)合鋰元素）、Al-5wt.%B 合金錠、Al-10wt.%Eu 合金錠和 A化設備制備了 Al-B-Eu-Li 四元合金粉末，其中 B 、Li 含量為 0.5wt.%。過程

圖 2.2 氣霧化制備的單質(zhì) Al 粉Fig.2.2 PureAl powder prepared by CCGA.結(jié)設計了 Al-B、Al-B-Eu 和 Al-B-Eu-Li 三種系列合金材料電弧熔煉技術(shù)和緊耦合氣體霧化法制備了 B 含量分別為合金粉末、B 含量為 1.5~4.85 wt.%、Eu 含量為 3 wt.%的 B 含量為 1.95wt.%、Eu 含量為 3wt.%、Li 含量為 0.5w末，為接下來的熱氧化和燃燒實驗提供了材料。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文室溫，充氧氣氛下，每次測試試樣質(zhì)量為 0.2g。利用 TG-DTA 分析合金粉末的熱氧化性能，實驗條件為：在 50ml/min 的通氧速率下以 20℃/min 的升溫速率將約 1.0m樣品從室溫到加熱到 1300℃。利用 XRD 分析合金粉末的氧化產(chǎn)物和燃燒產(chǎn)物的物相組成。3.3 結(jié)果與討論3.3.1Al-B 合金物相組成分析

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本文編號：2809880