烟火剂、铝热剂和金属互化物的SCB点火

我们对烟火剂、金属－燃料／金属－氧化剂混合物（铝热剂）和放热的合金混合剂（金属间互化物）用半导体桥（SCB）进行点火研究。这些材料具有包括诸如高能密度、高燃烧温度、良好的稳定性和产生极少量气体的独特性能。我们证明了这些材料能以一种适当设计的SCB和适当装填密度以及优良绝热性能的低能量水平点燃。被试的材料包括Al／CuO、B／BaCrO4、TiH4／KClO41、Ti／KClO4、Zr／BaCuO4、Zr／CuO3、Zr／Fe2O3、Zr／KClO4和100目的Al／Pd。用于试验的发火装置是一种充电电容在3－20000μF、充电电压5－50V的电容器放电装置,该装置在输入能量为3mJ时,电流脉冲开始之后几内作用。我们也就铝热剂的火焰设计问题提出报告。     

酚醛树脂对B/KNO3点火药激光烧蚀特性的影响

利用光电测试法、差热分析(DTA)和扫描式电子显微镜(SEM)分析方法,研究了B/KNO3和B/KNO3/酚醛树脂两种药剂激光点火过程中的烧蚀现象,分析了酚醛树脂对B/KNO3烧蚀特性的影响。结果表明,B/KNO3药剂中加入酚醛树脂后,化学反应的起始温度由556℃下降到548℃,反应放热量由1.86kJ·g-1增加到2.21kJ·g-1;酚醛树脂能明显降低药剂的烧蚀程度,提高药剂激光点火感度和降低点火延迟时间。加入酚醛树脂后,50%发火能量从17.95mJ降低到9.11mJ,点火延迟时间降低的程度随入射激光能量密度增大而减小。当入射激光能量密度为5J·cm-2时,点火延迟时间从17.5ms降低到7.2ms,当入射激光能量密度达到23J·cm-2时,二者点火延迟时间基本趋于一致。     

金属燃料在不同气氛中的点火温度

利用自行设计的金属燃料点火温度测试系统,测试了常压下分别在空气和氧气中的镁包覆硼粉（包覆度20%）、镁粉及铝合金am-Al的点火温度。结果表明,与在空气中相比,3种金属燃料在氧气中的点火温度均有所降低;镁包覆硼粉有效降低了硼的燃点,促进了硼的点火和燃烧,且镁包覆硼粉在氧气中更易燃烧,其点火温度仅为约195.92℃;am-Al在氧气中可点燃,其点火温度低于镁,且燃烧放出的热量最高。在充足的氧气环境下,镁包覆硼粉及am-Al的点火温度均低于300℃,二者均可用作高热值金属燃料。     

TiH2含量对Al/PTFE准静态压缩力学性能和反应特性的影响

为了研究铝/氢化钛/聚四氟乙烯(Al/TiH_2/PTFE)反应材料的力学性能和反应特性,采用冷等静压和真空烧结工艺制备了四种不同TiH_2含量(0%,5%,10%,20%)的试件,同时制备了不含活性Al颗粒的TiH_2/PTFE试件作为对比组,对所有试件开展了准静态压缩实验。得到了不同TiH_2含量下试件的应力应变曲线及反应率数据,并记录下了试件的反应现象。对反应残渣进行了X射线衍射(XRD)物相分析,讨论了材料的反应机理。结果表明,TiH_2含量对材料性能和反应率影响显著,当TiH_2含量为5%时,反应率达到90%,材料强度达到最大值108MPa,比Al/PTFE类材料强度高15.1%;在TiH_2和Al含量相同时,TiH_2颗粒对PTFE基体增强作用大于Al颗粒;与Al/PTFE相比,含TiH_2的试件反应时出现了特殊的燃烧火苗现象,且该现象随TiH_2含量增加逐渐明显;材料断裂尖端高温引发Al与PTFE反应,使TiH_2活化,释放出氢,生成Ti C,能量释放充分,达到其作为高能添加剂的目的。     

RDX-CMDB推进剂激光点火特性

采用CO2激光点火的方法研究了双基推进剂SQ-2和RDX-CMDB推进剂在不同热流密度作用下的点火特性,探讨了RDX含量、Al粉和燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂点火性能的影响.实验结果表明,SQ-2和RDX-CMDB推进剂(含Al粉的配方除外)的点火延迟时间随热流密度增加而递减,且热流密度较高时,点火延迟时间变化趋...     

含金属氢化物推进剂的能量特性计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(P_c/P_0=70:1)下计算了含金属氢化物的丁羟推进剂和NEPE推进剂的能量特性,并与相应的含铝(Al)推进剂做对比。结果表明:含金属氢化物如BeH_2、AlH_3、Al(BH_4)_3的丁羟推进剂在很宽的范围内都可以得到2600N·s·kg~(-1)以上较高的理论比冲值;金属燃烧剂按照对NEPE推进剂能量贡献的大小排序为:BeH_2、AlH_3、Al(BH_4)_3、B_(10)H_(14)、Al、MgH_2;降低燃气的平均相对分子质量更有利于提高含金属氢化物的NEPE推进剂的比冲。     

含纳米金属粉AP/HTPB复合固体推进剂的激光点火特性

采用CO2激光(波长10.6μm)点火法,研究了微米Al粉、纳米Al粉、纳米Ti粉及含金属粉的AP/HTPB复合固体推进剂在不同激光功率密度条件下的点火特性,探讨了Al粉粒径对其点火性能的影响和金属粉对AP/HTPB复合固体推进剂点火的影响规律。结果表明,在激光功率密度为77.6~365.1 W·cm-2条件下,Al粉的点火延迟时间随着激光功率密度增加逐渐减小;Al粉粒径越小,其点火延迟时间越短(tJal-50tN-AltJal-150tJal-200t5μm),点火能量越小(EJal-50EN-AlEJal-150EJal-200E5μm)。相同激光功率密度条件下,150 nm Ti粉的点火延迟时间和点火能量明显要小于150 nm Al粉,且两者的点火过程差异较大。含金属粉的AP/HTPB复合固体推进剂点火延迟时间顺序为tRX-0tHT-5AtHT-1AtHT-4AtHT-3T,点火能量顺序为ERX-0EHT-5AEHT-1AEHT-4AEHT-3T,与相应金属粉的点火延迟时间顺序一致(t5μmtJal-200tN-AltJal-50tTi-150),且点火均首先发生在样品表面。     

镁含量对离心雾化铝镁合金粉反应性能的影响

为研究镁(Mg)含量对系列离心雾化铝镁(Al?Mg)合金粉性能的影响,选用不同Al与Mg质量投料比(70:30、50:50、30:70)的离心雾化Al?Mg合金粉(Al?Mg30、Al?Mg50、Al?Mg70),采用粒度分布仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)和热重分析?差示扫描量热法(TG?DSC)对合金粉进行粒度、形貌、物相和动力学研究.同时在71℃热氧化作用下,研究不同Mg含量对合金活性的影响.结果表明,3种Al?Mg合金粉粒度分布均匀,形貌规整,具有良好的球形度.Al?Mg30,Al?Mg50合金粉都为枝晶组织,Al?Mg70是由α固溶体和枝状析出相组成;Al?Mg合金粉物相主要是α?Al,β?Al3Mg2和γ?Al12Mg17,且随着Mg含量的增加,合金化合物中β?Al3Mg2相逐渐减少,γ?Al12Mg17相逐渐增多,失活率逐渐增高,且所有Al?Mg合金粉失活率在48 h以后基本保持不变.TG?DSC结果表明,随着Mg含量的增加,合金粉的初始放热温度逐渐减小,活化能也逐渐减小,反应速率逐渐加快,3种Al?Mg合金增重比例均大于相同粒径的Mg粉(53.02％)和Al粉(8.65％).激光点火结果表明,3种Al?Mg合金粉点火延迟时间远短于单质Al,且在燃烧过程中存在微爆现象,可显著缩短燃烧时间,且随着Mg含量增加,燃烧时间逐渐变短.     

铝粉含量及粒径对CMDB推进剂性能的影响

研究了Al粉的含量以及纳米级Al粉(粒径<100nm)和普通Al粉(粒径12～15μm)对浇铸复合改性双基(CMDB)推进剂能量性能、燃烧性能的影响,并探讨了该类推进剂的燃烧机理。结果表明,随着Al粉含量的增大,CMDB推进剂的能量提高,Al粉的最佳添加量为8%;当普通粒径Al粉与纳米Al粉以1:1级配时,CMDB推进剂低压段燃速大幅提高,7～15MPa压强范围内的压力指数降至0.45以下。     

燃料组分对含硼富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

对含不同金属添加剂(镁、铝及镁铝合金)、不同硼粉粒度及硼粉含量的含硼富燃料推进剂分别进行了爆热(Qv)、燃烧温度(Tf)和成气率(η)测试,对比研究了金属组分对含硼富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明:镁比铝能提高含硼富燃料推进剂的爆热值、燃烧温度和成气率;镁铝合金比镁更能降低含硼富燃料推进剂爆热及燃烧温度,且提高推进剂燃烧的成气率;当硼粉粒度较粗或较细时,含硼富燃料推进剂的爆热及燃烧温度均较高,而成气率较低,硼粉粒度适中时,推进剂的爆热值及燃烧温度均较低,而成气率较高;硼粉含量增大(氧化剂AP的含量减小),含硼富燃料推进剂的爆热、成气率均降低,而燃烧温度升高。     

黑索今基含硼炸药的爆热性能

为了研究黑索今(RDX)基含硼(B)炸药的能量特性,采用GJB772A - 1997方法701.1对7种含硼粉的RD×炸药:RDX/B/EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)-90/8/2、RDX/B/EVA-88/10/2、RDX/B/EVA-86/12/2、RDX/B/EVA-83/15/2、RDX/B/EVA-78/20...     

添加纳米铝的高密度悬浮燃料点火性能

为了探究含金属颗粒悬浮燃料的点火和燃烧特性,制备了含5%纳米铝颗粒(Al NPs)的HD-01和四环庚烷(QC)的高密度悬浮燃料,采用雾化激波管测试了两种悬浮燃料在不同压力和温度下的点火延时P,通过拟合计算得到了表观点火活化能,分析了悬浮燃料的点火燃烧机理,采用高速摄像机记录了点火燃烧的流场图像。结果表明,悬浮燃料静置4周后无颗粒聚沉现象;在0.05 MPa和0.1 MPa下、1450 K和1750 K内,Al NPs可使HD-01和QC燃料的点火延时缩短约50%,表观点火活化能由161.4 k J·mol~(~(-1))和120.3 k J·mol~(-1)分别降低至156.5 k J·mol~(-1)和112.8 k J·mol~(-1);推测燃烧机理为铝原子优先与O2反应生成O自由基,进而加速燃烧反应。此外,Al NPs能够完全燃烧并促进燃料燃烧过程中的能量释放。     

激光诱导自蔓延Ni-Al合金组织性能及掺杂B的影响

在Ni14.3Al5.7中掺杂原子数分数为1.86%的B,将原始粉末压制成坯。采用不同激光点火功率对压坯进行激光诱导自蔓延烧结,利用SEM、XRD及硬度、磨损、耐蚀性测试表征手段,分析研究烧结合金的微观组织结构及宏观性能。结果表明:未添加B,烧结合金物相为Ni3Al、NiAl、Al2O3,合金组织呈网状分布;掺杂B后,烧结产物为Ni3Al、NiAl、Al4B2O9、Al2O3,对产物组织形貌影响较小。当烧结功率为700 W,烧结合金的显微硬度达到381.27HV,维钝电流为0.253 mA/mm2;功率为1 100 W,相对密度达89.3%;功率为900 W,耐磨性最佳,相对质量损失为0.24%。在相同烧结功率下,B提升了烧结合金的相对密度、硬度,但耐磨性、耐蚀性能有所下降。     

四环庚烷的制备及自燃性

具有高张力和笼状结构的四环庚烷(QC)是很具潜力的自燃类碳氢燃料。研究了无溶剂条件下公斤级QC的合成工艺。测试了QC/白色发烟硝酸(WFNA)和QC/N2O4的自燃性能。结果表明,反应16 h和分离提纯后,QC产品的纯度和收率能分别达到99.5%和96.2%,单批产量为2 kg,QC/WFNA和QC/N2O4的点火延迟时间分别为98 ms和29 ms。固体纳米颗粒的添加能促进自燃性能,纳米硼、碳、铝可缩短点火延迟时间,添加质量分数为0.25%的纳米硼/碳/铝后点火延迟时间分别为68/73/75 ms(发烟硝酸)和18/27/33 ms(N2O4),证明QC可作自燃类高能液体推进剂使用。     

组元配比对高能球磨固态还原反应的影响

研究了两种球磨强度下不同铝含量的Al/CuO高能球磨固态还原反应.理想配比的Al/CuO的反应孕育期最短.偏离这一配比,孕育期增长,反应由燃烧式逐渐过渡到渐进式完成.球磨强度的提高能够扩大以燃烧式进行的组元配比范围.当铝含量超过理想配比中的比例,随Al含量增加,反应由单一还原反应向还原+合成反应模式转化,反应产物依次为Cu+Al2O3、Cu9Al4+Al2O3、CuAl2+Al2O3、Al(Cu)+Al2O3,并与球磨Al-Cu- Al2O3体系反应进行了对比.     

底排点火具在大气中燃烧火焰扩展特性

底部排气弹射程和纵向密集度与点火具的工作性能密切相关。采用高速录像系统和红外热像仪研究了大气环境中,镁/聚四氟乙烯(MT)(Mg/PTFE 45/55、Mg/PTFE 55/45、Mg/PTFE 61/39)、硝酸钡(Ba(NO_3)_2)和氢化锆/氧化铅(ZrH_2/PbO_2 40/60)五种点火药剂在不同点火具孔径(6.5,8mm)下的燃烧扩展特性,并测得七种点火具的火焰温度场分布。在实验基础上,以基于内节点的有限体积法对MT点火具的燃烧射流场进行三维数值模拟,分析了不同MT质量比和点火具孔径下点火具在大气中的燃烧特性参数分布规律。实验和数值结果表明:ZrH_2/PbO_2点火具会破坏底排推进剂的"平行层"燃烧规律;提出以点火面积有效因子表示推进剂点火面积的有效程度,并结合点燃时间综合评估点火具的点火性能,发现MT质量比为61∶39,孔径为8mm的点火具性能最优;点火具火焰最高温度区均位于喷孔的势流核上方;镁质量分数为0.45~0.61时,镁含量越小,MT点火具燃烧场中火焰温度越高,镁含量一定,点火具孔径为6.5,8mm时,较大孔径有较强烈燃烧场热对流,较高中心轴向温度,较大温度梯度。     

含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐的推进剂能量特性计算

采用最小自由能法,在标准状态下(膨胀比为70/1),计算了含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐(HADNMNT)的丁羟复合推进剂和改性双基推进剂的能量特性。理论计算可知,HADNMNT单元推进剂的密度比冲为4936.4 N·s·dm-3,高于黑索今(RDX),低于奥克托今(HMX)和六硝基氮杂异伍兹烷(CL-20);利用HADNMNT完全取代高氯酸铵(AP)后,丁羟复合推进剂的比冲提高了428.7 N·s·kg-1;绘制了HADNMNT与RDX、Al组成的丁羟复合推进剂的等比冲三角图,直观的反映了比冲与配方的关系,HTPB、HADNMNT、RDX及Al的含量分别为10%、60%~62%、14%~16%以及14%~15%时,获得推进剂的最高理论比冲为2778.9 N·s·kg-1。利用HADNMNT完全取代RDX后,改性双基推进剂的比冲为2522.9 N·s·kg-1:通过添加Al并调节HADNMNT与Al在改性双基推进剂中的含量,获得推进剂的优化配方为:NC 25%,NG 33%,HADNMNT 11%,Al 20%,DINA 3.5%,其他助剂7.5%,其理论比冲为2598.5 N·s·kg-1。     

纳米Al/Bi2O3制备和性能及长储研究

采用溶液法制备纳米Bi₂O₃颗粒,并用P4VP与Al粉自组装,获得分散均匀的纳米铝热剂Al/Bi₂O₃. 利用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜（SEM）对其组成和形貌进行表征,运用差示扫描量热仪（DSC)、压力-时间曲线（p-t曲线）分析性能。自组装Al/Bi₂O₃的反应时间为0.036 s, 最大压力为4 729 kPa,达到最大气体压力的时间为0.162 s,表现出比Al/Fe₂O₃和Al/CuO反应更为迅速,产气量更大的性能特点。经过加速老化实验,Al和Bi₂O₃接触更紧密但无明显团聚;经老化处理,相当于常温下储存15 a时间,Al表面氧化层厚度由3.2 nm增加到4.6 nm,Al/Bi₂O₃放热量由1 112 J/g逐步降低到606 J/g,Al/Bi₂O₃用于半导体桥发火时间由37.20 ms增加到50.88 ms,发火能量由0.64 mJ增加到1.17 mJ.     

硼铝金属化炸药的制备及性能表征（英）

以奥克托今(HMX)为基,加入氧化剂高氯酸铵(AP)、硼铝复合粉和粘结剂端羟基聚丁二烯(HTPB),设计和制备硼铝金属化炸药.用扫描电子显微镜(SEM)观测了硼粉、铝粉及硼铝复合粉的外观形貌;用热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析了奥克托今(HMX)和高氯酸铵(AP)对硼铝粉热氧化特性的影响,对硼铝粉的反应动力学机理进行了深入了解;为掌握金属化炸药对各种外界能量刺激的安全性以及传播爆轰波的能力, 测试了硼铝金属化炸药的撞击感度、摩擦感度、电火花感度、雷管起爆感度和起爆特性.结果表明,硼铝复合粉中,球形Al粉的表面有许多小颗粒的硼粉;在室温~1000 ℃范围和N2气氛下,虽然压力对HMX和AP的热分解峰温有影响,但是,Al粉和B粉仅发生部分氧化,不能燃烧;硼铝金属化炸药的撞击感度为60%~80%,摩擦感度均为100%,电火花感度为3.83~6.40 kV,可以用8#工业雷管直接起爆,表明无粘结剂的硼铝金属化炸药感度较高,使用钝化HMX和AP后其感度明显降低,添加聚氨酯粘结剂后其感度进一步下降,当聚氨酯粘结剂含量为20%时,HMX基硼铝金属化炸药的撞击感度小于10%,摩擦感度小于30%,显示能满足混合炸药制备及加工工艺的安全要求;此外,直径Φ50 mm的硼铝金属化炸药可以用8#工业雷管直接起爆,能稳定传播爆轰波,表现出较强的后效做功能力.