掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La₂O₃对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La₂O₃。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La₂O₃的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g     

含不同形貌MoO3的Al/MoO3铝热剂的热性能和燃烧性能

不同形貌铝热剂在性能上有着很大的差异。为了探讨不同MoO₃形貌对Al/MoO₃铝热剂热性能和燃烧行为的影响,制备了Al/棒状MoO₃和Al/带状MoO₃铝热剂,采用场发射扫描电子显微镜(FE?SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对其形貌和热性能进行了表征测试。DSC结果表明,Al/带状MoO₃铝热剂和Al/棒状MoO₃铝热剂释放的热量分别为1702 J·g^-1释放432 J·g^-1。Al/带状MoO₃铝热剂的初始反应温度为401.95℃,比Al/棒状MoO₃铝热剂的504.87℃提前102.92℃。通过非等温热力学分析,两种铝热剂的活化能(Ea)没有显著差异,但Al/棒状MoO₃铝热剂具有较高的热爆炸临界温度(Tb),说明其具有较高的安全性。在开放燃烧实验中,两种铝热剂的燃烧行为差异小,但当燃烧结束时,Al/带状MoO₃铝热剂周围会溅射出火花。封闭管燃烧实验显示,Al/棒状MoO₃铝热剂的燃烧波波速先上升后下降,最大波速达1037 m·s^-1,而Al/带状MoO₃铝热剂的燃烧波速呈上升趋势,最大速度为2710 m·s^-1。Al/带状MoO₃铝热剂在热和燃烧性能上要优于Al/棒状MoO₃铝热剂,而Al/棒状MoO₃铝热剂更为安全。     

微纳结构铝热剂薄膜的旋涂制备及其燃烧性能

为了解决微机电火工品内药剂的快速密实装填的问题,采用旋涂技术制备出厚度可控的微纳结构铝热剂薄膜。利用扫描电镜结果对比得出氟橡胶最小使用量为7%;使用热流法检测了铝热剂薄膜的热物理性能并用高速摄像机记录了薄膜的燃烧过程,得到Al/MoO₃/氟橡胶薄膜的导热系数为75 W/（m·K）,燃烧速率为30.6 m/s,在添加还原氧化石墨烯后, Al/MoO₃/氟橡胶/还原氧化石墨烯薄膜的导热系数增至126 W/（m·K）, 燃烧速率高达867.9 m/s. 采用金属桥带进行发火试验,结果证实微纳结构铝热剂薄膜的临界发火电流低于Zr/KClO₄点火药。添加还原氧化石墨烯能改善铝热剂的燃烧性能和发火性能,更利于铝热剂作为点火药应用。     

纳米碳材料对含硼铝热剂燃烧性能的影响

为改善含硼铝热剂的燃烧性能,在B/MoO₃体系中引入纳米片状石墨、碳纳米管、还原氧化石墨烯3种纳米碳材料。利用热流法测试了含硼铝热剂的导热性能;使用高速摄像机记录了含硼铝热剂的燃烧过程,并通过计算和分析得到了燃烧速率及其变化规律;采用金属桥带进行发火试验,测试铝热剂的临界发火电流。结果表明：添加3种碳材料能显著改善B/MoO₃铝热剂的导热性能,明显提高了燃烧速率,并降低了其临界发火电流;添加还原氧化石墨烯对铝热剂的影响最为明显,使得铝热剂导热系数提高258.3%,燃烧速率提高1 756倍,临界发火电流降低27.1%,证实还原氧化石墨烯显著改善了含硼铝热剂发火阈值高的问题。     

球形Al-25W合金燃料粉末的氧化行为与能量性能

为了获得热氧化与能量释放性能优异的新型合金燃料,采用铝热还原与超高温气雾化结合的方法,制备了球形铝钨合金燃料粉末(Al-25W),对其物相结构、氧化行为及能量性能进行了研究。结果表明,球形Al-25W合金粉末颗粒内部的亚稳态Al/W合金相均匀分布在单质Al基体中,且通过稳定化处理后亚稳态Al/W合金相转变为Al12W相,并对外释放能量。球形Al-25W合金粉末具有比单质Al粉更高的氧化放热量与氧化增重,能在1400℃空气中完全氧化,且W原子全部氧化为WO₃并以气态形式挥发,残留氧化产物仅为Al₂O₃。球形Al-25W合金粉末的实测体积燃烧焓超过单质Al粉的理论体积燃烧焓(83000 J·cm^-3),可达(83132.1±608.5) J·cm^-3,且剧烈燃烧时生成气态燃烧产物WO₃。     

Al-W合金燃料的氧化过程及性能提升机理

为阐明Al-W合金燃料氧化性能的提升机理,结合铝热还原与超高温气雾化法制备Al-20W与Al-30W合金燃料,并通过热重/差热热分析、X射线衍射仪、扫描电子显微镜/能量色散谱仪对其氧化过程进行研究。结果表明,Al-20W与Al-30W合金燃料均含有亚稳态Al/W合金相,随温度升高Al/W合金相的种类与形态发生转变。2种合金燃料具有优于单质Al燃料的氧化性能,分别在1300℃与1500℃完全氧化,氧化产物WO₃全部挥发。W的存在提升了Al-W合金燃料的氧化性能,机理为WO₃的挥发提供O₂扩散进入颗粒内部的通道;WO₃作为“氧运输船”向单质Al传输O,促进单质Al的氧化;WO₃发生进一步的化学反应,最终以气态形式挥发,促进含W相的氧化。     

自组装GO/Al/Co3O4铝热剂的制备及性能研究

为了增强纳米铝热剂反应组分间的接触程度及排列有序性,提高其反应性能,通过将纳米铝与Co_3O_4自组装到氧化石墨烯(GO)上,制得GO/Al/Co_3O_4纳米铝热剂,同时采用传统的超声分散混合制备Al/Co_3O_4纳米铝热剂进行对比研究。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析(DSC)以及密闭爆发器对制得的GO/Al/Co3O4、Al/Co_3O_4铝热剂的形貌、物理化学性能进行了研究。结果表明:GO的引入能够提高纳米铝热剂组分之间的接触程度,与传统的Al/Co_3O_4纳米铝热剂相比具有更高的放热量以及更加优异的点火性能。     

Fe2O3/BAl纳米复合含能材料的制备及性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/BAl纳米复合含能材料,用SEM、XRD、DSC等方法对Fe2O3/BAl复合含能材料的微观形貌、结构以及热力学性能进行了研究。结果表明:Fe2O3紧密包覆在B粉和纳米Al颗粒表面;与普通Fe2O3/Al铝热剂相比,溶胶-凝胶法制备的Fe2O3/BAl纳米复合含能材料具有更好的点火特性。     

球磨法制备Fe2O3掺杂纳米铝热剂及其燃烧性能（英）

近年来,广大学者已经研究了多种方法来制备纳米铝热剂和改善其燃烧性能。本研究分别采用原位球磨法和超声共混法成功制备了两种含Fe2O3纳米铝热剂。通过热重分析(TGA)、函数拟合、X射线衍射(XRD)、接触角测试、扫描电子显微镜测试(SEM)、高速摄像实验和红外温度测量充分表征了所制备产品的形貌和性能。结果表明,通过原位球磨法制备的Fe2O3掺杂的纳米铝热剂的性能要优于超声共混法制备的铝热剂。通过对Fe2O3掺杂量的筛选发现,原位球磨法制备的纳米铝热剂的Fe2O3最优掺杂量为17%,该产物每100℃最大增重百分比为13.1%。与超声共混法制备的纳米铝热剂相比,原位球磨法制备的纳米铝热剂的加热电压和初始燃烧温度分别降至12 V和600℃。此外,原位球磨法制备的纳米铝热剂的燃烧火焰更稳定和均匀。     

核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂的制备及燃烧性能

为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜-均苯三甲酸（Cu（BTC））和铁-均苯三甲酸（Fe（BTC））交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu（BTC）/Fe（BTC）纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能（铝热反应温度）和燃烧性能（燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等）进行研究。结果表明：层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu（BTC）/Fe（BTC）的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间（0.509 s）、最短的燃烧时间（2.036 s）和最高的燃烧温度（1425 ℃）,此时,Cu（BTC）和Fe（BTC）的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5 ℃和735.0 ℃。     

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.     

Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe₂O₃界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^-2和3.02 J·m^-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe₂O₃表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al?O离子键作用。     

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。     

基于流动与化学反应耦合的镁/聚四氟乙烯烟火剂二维燃烧模型及数值计算

针对镁/聚四氟乙烯(MT)烟火剂燃烧过程中湍流对燃烧的影响关系,建立流动与化学反应相耦合的二维计算流体力学模型,模拟不同质量比MT烟火剂稳态燃烧过程,获得了燃烧场温度、组分分布特性,并将计算结果与文献\[10,16,18\]值进行对比。对比结果表明：燃烧场温度上升段大约20 mm, 这与文献\[10\]实验值吻合较好,且温升段距离与反应机理C₂F₄+M2CF₂+M区域位置相对应;当量质量比为33/67的MT火焰温度最高,与热力计算结果相一致,随着质量比的增加,存在不完全反应;燃料Mg的消耗主要通过与CF₂的氧化反应,Mg与F的反应过程不能忽略,且随着质量比的增大,燃烧产物MgF的比例减少。     

机械粉碎法制备纳米CuCr2O4及其对高氯酸铵热分解性能的影响

采用HLG-5型纳米化粉碎机批量制备了粒径约为60 nm的纳米CuCr₂O₄. 通过X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对样品的结构及形貌进行表征,并采用差示扫描量热仪（DSC）分别研究工业CuCr₂O₄、共沉淀法制备的纳米CuCr₂O₄及机械粉碎法制备的纳米CuCr₂O₄对高氯酸铵（AP）热分解性能的影响。结果表明,与前二者相比,机械粉碎法制备的纳米CuCr₂O₄对AP具有更好的催化性能,能够使其速率常数提高,高温分解活化能减小。这将促进纳米CuCr₂O₄作为燃速催化剂在AP基复合推进剂中的应用。     

横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响

固体火箭高速自旋诱发的过载环境会引起燃烧室内流动、传热和燃烧耦合关系的改变,致使发动机点火特性区别于常规点火,对点火可靠性和弹体安全产生潜在威胁。为了研究过载下固体火箭发动机点火过程特性,建立耦合颗粒惯性过载场、颗粒碰撞推进剂增强传热、推进剂侵蚀/过载耦合燃烧、流场惯性过载场效应的综合点火模型。对不同横向过载方向、大小以及颗粒粒径下点火过程进行计算,给出了动态气-粒分布特征,分析了颗粒粒径与过载大小对点火峰值压力p_max、点火滞后时间ξ₁、火焰传播时间ξ₂和火焰填充时间ξ₃的影响规律。研究结果表明：点火过程中过载方向引发气-粒分布规律存在明显差异,进而影响推进剂传热与内弹道在时域的缩短规律;相同过载环境下,粒径减小,点火滞后时间ξ₁和火焰传播时间ξ₂缩短,而对火焰填充时间ξ₃的影响基本可以忽略;在大长径比发动机中,点火颗粒粒径不变,点火延迟时间ξ随过载增加而缩短。     

脉冲点火射流与高氯酸铵/端羟基聚丁二烯固体推进剂耦合燃烧的试验研究及数值模拟

为了研究高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)在底部排气药柱二次点火过程中的耦合振荡燃烧,建立了AP/HTPB二维三明治燃烧模型,气相区采用二步总包反应,使用用户自定义函数模拟点火射流的作用。在AP/HTPB与点火具的耦合燃烧试验背景下,进行了点火射流频率在125~500 Hz、热流密度峰值在1.9~3.9 MW/m²工况下的数值模拟。模拟结果表明：在振荡燃烧初始阶段,气相热反馈相对于点火射流作用较弱,由于点火射流的主导作用使得X组分（NH₄ClO₄）呈现周期性变化;由于气相温度上升,气相热反馈相对于点火射流作用较强,AP/HTPB燃烧逐渐稳定;点火射流热流密度的提高对AP/HTPB振荡燃烧有显著抑制作用,点火射流频率的提高对AP/HTPB振荡燃烧抑制作用较弱。     

5-氨基四唑/高碘酸钠体系气体发生剂特性

为获得低燃温气体发生剂,利用喷雾干燥法制备5-氨基四唑(5-AT)/NaIO4/CuO复合粒子作为气体发生剂配方.通过扫描电子显微镜对5-AT/NaIO4/CuO复合粒子的复合效果进行表征,用同步热分析仪、氧弹量热仪、热电偶和靶线法分别对5-AT/NaIO4/CuO复合粒子的放热量、温度和燃速进行测试.结果表明:由喷雾...     

高氯酸铵包覆层对硼粉燃烧性能的影响

为揭示高氯酸铵（AP）包覆层对硼燃烧性能的影响规律,采用溶剂蒸发法制备了AP包覆硼（AP/B）复合粒子。借助扫描电镜评估了AP/B复合粒子的包覆效果,利用CO₂激光点火装置研究了AP/B复合粒子点火燃烧特性,通过量热弹测试了DNTF基AP/B复合粒子炸药的爆热值。结果表明：严格控制溶剂蒸发法工艺参数可使AP均匀地析出在硼的表面上,并实现硼的较好包覆;AP包覆层可以改善硼的燃烧完全性,AP/B复合粒子相比于硼粉以及AP燃烧更为剧烈且光照强度瞬间增至最大值;AP/B复合粒子可明显提高炸药能量释放率,DNTF基AP/B复合粒子炸药爆热值（7 696 kJ/kg）较相同配方未包覆炸药爆热值（7 208 kJ/kg）提高6.5%以上。为揭示高氯酸铵（AP）包覆层对硼燃烧性能的影响规律,采用溶剂蒸发法制备了AP包覆硼（AP/B）复合粒子。借助扫描电镜评估了AP/B复合粒子的包覆效果,利用CO₂激光点火装置研究了AP/B复合粒子点火燃烧特性,通过量热弹测试了DNTF基AP/B复合粒子炸药的爆热值。结果表明：严格控制溶剂蒸发法工艺参数可使AP均匀地析出在硼的表面上,并实现硼的较好包覆;AP包覆层可以改善硼的燃烧完全性,AP/B复合粒子相比于硼粉以及AP燃烧更为剧烈且光照强度瞬间增至最大值;AP/B复合粒子可明显提高炸药能量释放率,DNTF基AP/B复合粒子炸药爆热值（7 696 kJ/kg）较相同配方未包覆炸药爆热值（7 208 kJ/kg）提高6.5%以上。     

基于快速压缩机的二甲醚燃烧特性研究

为了研究二甲醚（DME）的燃烧特性,在初始温度293 K、驱动压力0.6 MPa、初始压力0.04~0.08 MPa、氮气稀释率47.29%~60.81%、压缩比8.82~12.02的实验条件下,利用快速压缩机（RCM）研究了初始压力、氮气稀释率、压缩比对DME-O₂-N₂混合气着火延迟期和最高燃烧压力的影响。结果表明：DME-O₂-N₂混合气出现两阶段放热现象与两阶段着火延迟期;随着压缩比的增加,混合气的着火延迟期出现负温度系数（NTC）现象,随初始压力的升高,出现NTC现象的温度向高温方向发展;随氮气稀释率的增加,出现NTC现象的温度向低温方向发展;初始压力一定,不同压缩比下,随氮气稀释率的增加,混合气的最高燃烧压力和第2阶段着火延迟期呈相反的变化趋势;氮气稀释率一定,不同初始压力下,随压缩比的增加,混合气的最高燃烧压力和总着火延迟期呈相反的变化趋势。