超级铝热剂的制备、表征及其燃烧催化作用

用纳米铝粉和纳米氧化铅、纳米氧化铜和纳米三氧化二铋为原料,采用超声分散复合的方法,制备了纳米超级铝热剂Al/PbO、Al/CuO和Al/Bi₂O₃。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜及能谱分析(SEM-EDS)和红外光谱(IR)对原料和产物的物相、组成、形貌和结构进行分析表征;运用差示扫描量热仪(DSC)评估三种超级铝热剂与双基推进剂主要组分的相容性;研究了3种超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明,Al/PbO、Al/CuO和Al/Bi₂O₃与推进剂主要组分硝化棉(NC)、硝化棉/硝化甘油(NC/NG)混合物和吉纳(DINA)的相容性均良好,而与黑索今(RDX)和1,3-二甲基-1,3-二苯基脲(C₂)相对较为敏感;含三种纳米超级铝热剂的双基推进剂表现出优异的燃烧性能。     

超级铝热剂Al/CuO前驱体的制备、表征、热分解机理及非等温分解反应动力学

以硝酸铜、无水乙醇、1,2-环氧丙烷和纳米铝粉为原料, 在超声振荡条件下, 采用溶胶-凝胶法制备了纳米复合含能材料——超级铝热剂Al/CuO的前驱体. 利用热重-差示扫描量热-傅里叶变换红外-质谱(TG- DSC-FTIR-MS)联用技术, 研究了纳米Al/CuO溶胶-凝胶前驱体的热行为和分解过程及机理. 利用不同升温速率下的TG-DTG分析, 研究了纳米超级铝热剂Al/CuO的溶胶-凝胶前驱体的热分解反应机理, 采用了6种动力学分析方法进行动力学参数计算, 得到前驱体分解反应的表观活化能、反应级数、频率因子等动力学参数, 纳米Al/CuO前驱体分解反应的动力学方程为: dα/dt=10^14.0×4α^3/4exp(-2.0×10⁴/T).     

铝热剂反应性冲击热点分析

 采用激光粒度扫描仪测量了二元混合物铝热剂（Al+Fe₂O₃）原料的粒径分布,在电子显微镜下观察了铝颗粒、氧化铁颗粒的颗粒形状及两者按照化学配比混合后的颗粒接触状态。综合粒径分布和反应体系的化学配比关系,得到两种反应物的特征粒径和混合物的颗粒布局。根据特征粒径和颗粒布局,建立了该反应体系的等效细观模型,该细观模型能够保证得到与实际颗粒体系相一致的具有统计意义的孔穴结构。采用无网格粒子方法,数值模拟了铝热剂体系在不同冲击速度作用下,基本氧化铁颗粒排列形成的热点特征。研究表明,氧化铁三颗粒紧密排列的模式为形成单独热点的最基本排列,在平面冲击作用下,二元不同粒径的含能材料混合物形成热点的尺寸由初始孔穴尺寸确定,而热点温度受冲击速度影响较大。采用轻气炮对不同密度和配比的铝热剂进行了冲击点火实验,并将测量和数值计算结果进行了对比分析,结果表明,两者的定性结论吻合较好。     

自组装铝/氧化铜和铝/氧化铁及其性能评估

本文分别采用模板法制备氧化铜纳米花, 水热法制备氧化铁纳米环, 并自组装制备了铝-氧化铜和铝-氧化铁2种铝热剂。自组装增大了异相材料之间的接触, 分别使得铝-氧化铜的反应放热量和压力由523 J·g^-1、1 858 kPa增加至1 069 J·g^-1、 4 389 kPa;铝-氧化铁的反应放热量和压力由1 448 J·g^-1、749 kPa增加至2 039 J·g^-1、2 280 kPa。两种铝热剂的放热量和压力差别较大, 且铝-氧化铜的静电感度高于大多数含能材料, 铝-氧化铁的撞击感度特别低, 显示出不同的应用特点。     

氧化锰纳米管及其超级铝热剂:制备及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响

采用水热法制备了MnO₂纳米管,以其与纳米铝粉为原料,采用超声分散复合的方法,制备了超级铝热剂Al/MnO₂.利用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量散射光谱仪(EDS)对产物的物相、组成、形貌和结构进行分析表征,并运用差示扫描量热法(DSC)研究了MnO₂纳米管及其超级铝热剂对环三亚甲基三硝胺热分解特性的影响.结果表明,水热法制备的纳米MnO₂呈管状均匀分布,球形纳米Al与管状纳米MnO₂相互依附,分散较均匀;MnO₂纳米管及其超级铝热剂的加入均改变了环三亚甲基三硝胺的热分解行为及分解历程,使原有占主导的液相分解变为二次的气相反应加剧,使环三亚甲基三硝胺主分解峰形发生了明显的改变.     

氧化锰纳米管及其超级铝热剂:制备及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响

采用水热法制备了MnO2纳米管,以其与纳米铝粉为原料,采用超声分散复合的方法,制备了超级铝热剂Al/MnO2。利用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量散射光谱仪(EDS)对产物的物相、组成、形貌和结构进行分析表征,并运用差示扫描量热法(DSC)研究了MnO2纳米管及其超级铝热剂对环三亚甲基三硝胺热分解特性的影响。结果表明,水热法制备的纳米MnO2呈管状均匀分布,球形纳米Al与管状纳米MnO2相互依附,分散较均匀;MnO2纳米管及其超级铝热剂的加入均改变了环三亚甲基三硝胺的热分解行为及分解历程,使原有占主导的液相分解变为二次的气相反应加剧,使环三亚甲基三硝胺主分解峰形发生了明显的改变。     

超级铝热剂Al/Fe2O3的制备、表征及对环三亚甲基三硝胺热分解的影响

采用水热法制备了中空短棒状纳米Fe2O3,并用超声分散法将其与纳米Al颗粒复合为单金属氧化基超级铝热剂.利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜及能量散射光谱仪(SEM-EDS)对样品进行表征.并运用差示扫描量热法(DSC)对比研究了超级铝热剂Al/Fe2O3、Al粉和纳米Fe2O3对环三亚甲基三硝胺(RDX)热分解特性的影响.结果表明:超级铝热剂的加入改变了RDX的热分解过程,并加剧了RDX的二次气相反应;随着超级铝热剂含量的增加,RDX的分解峰峰形发生了明显的改变;Al/Fe2O3、Al粉和Fe2O3对RDX热分解的作用主要表现为二次分解峰逐渐明显且峰温降低.     

不同结构Al/Fe2O3纳米复合物的对比研究

采用三种工艺合成出不同结构的Al/Fe2O3纳米复合物.运用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪等对产物进行对比表征,结果表明采用溶胶-凝胶法制备的纳米Al/Fe2O3颗粒粒径均在100 nm以内,而传统混合或简单复合工艺制备的Al/Fe2O3颗粒尺度在微米或亚微米级;XRD证实合成产物纯度高;热分析数据显示纳米Al/Fe2O3初始分解峰温较低,而放热焓值偏高,说明材料纳米化在改善安全性的同时显著提高了能量释放速率.     

自组装铝/氧化铜和铝/氧化铁及其性能评估

本文分别采用模板法制备氧化铜纳米花,水热法制备氧化铁纳米环,并自组装制备了铝/氧化铜和铝/氧化铁2种铝热剂。自组装增大了异相材料之间的接触,分别使得铝/氧化铜的反应放热量和压力由523 J.g-1、1 858 kPa增加至1 069 J.g-1、4 389kPa;铝/氧化铁的反应放热量和压力由1 448 J.g-1、749 kPa增加至2 039 J.g-1、2 280 kPa。两种铝热剂的放热量和压力差别较大,且铝/氧化铜的静电感度高于大多数含能材料,铝/氧化铁的撞击感度特别低,显示出不同的应用特点。