铝粉在火炸药、烟火剂中的应用
1铝粉的制法铝粉的制法有4种，即磨碎（搞磨和球经）、喷雾、熔融搅拌和熔融过筛。用磨碎法计制出片状铝粉（flakealuminum）。用喷雾法可制得粒状或球粒状铝粉。片状铝粉颗粒的长度或宽度可为其厚度的数百倍，而喷雾铝粉颗粒的长度、宽度及厚度则几乎相同，其长度最大不会超过厚度的2～3倍。因此，片状铝粉是扁平的，而粒状铝粉的颗粒是呈球状的。火炸药中使用的铝粉主要由球磨和喷雾两种方法制出。用熔融搅拌和过筛所制得的铝粉，颗粒较大，形状不规则，主要用于焊接及冶炼时的铝热反应和钢的去氧作用。2军用含铝炸药在军用混合炸药中，铝粉除了可代替一部分高爆炸药外，主要作用是利用其特殊的爆炸效应．铝的氧化反应放出大量的热，其氧化作用所需的氧一部分可取自于空气，因此，特别适用于水下爆破和空中爆破。大约在1900年开始将铝粉用干炸药。一种称为阿莫纳儿（Ammonal）的炸药，由铝粉、梯恩梯和木炭等组成，在爆炸时发出明亮的闪光，生成大量的热和高压。在第一次世...&
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O 引言水下爆炸能量测试方法为在安全和再现的条件下评价有关爆炸物品(包括炸药等)的性能提供了一种有价值的研究手段。其主要特点是对于同一个试验,可将炸药能量分解为两个主要分量(即动力作用的冲击波能和静力作用的气泡能)并同时测出。应用此法可较精确地测出炸药爆炸时的总膨胀功,其数值通常很接近用爆热弹测量炸药爆轰所释放出的化学能(爆热)。1水中爆炸的基本原理与实验装置1.1水中爆炸的基本原理爆源在水中爆炸时,首先通过爆轰气体产物与水界面向水中传播冲击波,然后爆轰气体产物在水中膨胀。爆轰气体产物在水中的膨胀过程相对于冲击波的传播过程慢,会产生明显的过度膨胀与过度压缩现象,通过传感器便可以测出多次气泡脉动过程。在这些多次气泡脉动过程中,第一次气泡脉动最重要0j。通过实验测定的第一次气泡脉动周期,可以较精确地计算出爆轰气体产物在水中的膨胀功。而爆炸冲击波在水中传播时,遇到边界(包括侧边界、底面、水面与空气构成的上边界)将会发生反射。所谓有限水...&
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0引言微/纳米铝粉作为高能金属燃料在推进剂及炸药中的应用受到了国内外学者的广泛关注[1-3],尤其在推进剂中的点火燃烧性能已有大量研究[4-6]。了解单纯铝粉的点火燃烧性能对于揭示推进剂燃烧机理以及其在推进剂中的应用具有非常重要的意义,同时也可以为推进剂燃烧的模拟仿真提供必要的基础数据。国内外学者在这方面做了相关基础性研究,法国Bocanegra和Shafirovich等[7-8]采用电动悬浮装置及激光点火,研究了镍包覆微米铝粉单个粒子的点火燃烧过程,结果表明:该复合粒子相对于微米铝粉点火延迟时间缩短且所需点火能量降低。同时,他们还研究了表面包覆有机物纳米铝粉复合粒子“云团”的点火燃烧过程,通过测量火焰前增长速度得出纳米铝粉“云团”燃烧更快且燃烧更完全,包覆层种类及含量对点火延迟时间具有重要的影响。俄罗斯Gromov等[9]通过实验研究得出纳米铝粉点火燃烧包括两个阶段,且在后续过程中可以实现自维持燃烧,同时产物中含有质量分数为5...&
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目前,表演火字火画的烟火剂存在一些问题,主要体现为:烟火剂只能用于室外大型表演,且烟雾大,光源受火焰干扰大;烟火剂的生产一般采用纸质喷焰管装填工艺,喷焰管燃烧产生二次火焰,严重干扰光源从而影响观赏效果,甚至造成火灾,同时,其生产工艺繁杂落后;此外,烟火剂通常药量大,成本高,燃烧时间短,其适应范围窄,不易组成小型火字火画,而且只能用于点阵排列,不能用于线阵排列,容易造成字画图案缺陷。针对上述问题,笔者研制出一种烟火剂,主要用于表现火字火画图案等,可用于大型焰火晚会火字火画表演,也可用于家庭庭院小型焰火观赏。该烟火剂燃烧反应生成物为无毒气体(少量)和无毒固体(微量),不构成环境污染,无二次火焰干扰。还可根据观赏要求制成不同大小规格(Φ2 mm~Φ200mm)和不同形状(矩形、块状等)的药柱,在燃放排列中可任意成点阵排列和线阵排列。其制作工作简易方便,适用于机械化生产,并且生产、贮存、运输安全,长期保存不变质(在常规环境条件下,保存时...&
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红外线的波长在078～1000pm的广阔区域内，由于它的波长较长，穿透大气烟雾的能力强，因而在军事上受到待别的关注。在军事上，红外技术已被广泛地应用于目标跟踪、导弹制导、干扰、夜视、侦察等领域。红外烟火剂燃烧时主要产生红外光，热效应相当显著。在军事上，通常采用的红外波段为l～3urn、3～6Pm和8～14Pm，分别为近、中、远红外“窗口”。目前大多数红外探测器和制导武器工作在近、中红外波段，开发和研制工诈在远红外甚至毫米波段的探测和制导武器，将是今后的研究重点，相应的红外烟火剂的研究工作也十分活跃。1红外烟火剂的应用1．l用于跟踪的红外烟火剂用于跟踪的红外烟火剂必须有利于地面探测器的探测、跟踪和制导。美国报道了一种高亮度的红外烟火剂。这种药剂同已知类型的红外烟火剂相比，重量相等，当燃烧时间和辐射面积相同时，辐射强度增加了一倍，可用于火箭和导弹后面的跟踪装置上“‘这种药剂由镁粉、聚四氟乙烯和氧化铁组成，粘合剂是一种聚酯树脂，用常温...&
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冰雹和干旱等灾害性天气是人类面临的重犬的自然灾害,常给人民的生命财产,国家的经济建设和国防建设造成重大损失。积极进行人工影响天气的试验研究,有可能起到增雨和削雹的效果,达到减轻自然灾害的目的。目前我国广泛采用的方法是向云中播撒催化剂,发射含碘化银的三七炮弹,通过弹头爆炸在云中分散碘化银。每年用弹约30万发,消耗白银1吨左右,耗资约700万元。但爆炸分散碘化银的方法,成冰效率低,是一种低效的催化工具。为了提高碘化银催化剂的成冰效率,南京气象学院与南京理工大学食作,在国家气象局气象基金的资助下,共同研制了一种新型碘化银烟火剂,命各为华气一l号,这种含碘化银的烟火剂,可以装入三七弹炮弹头,做到既不改变三七炮弹爆炸的性能,又可使烟火剂在炮弹内燃烧,用焰火法分散碘化银。多次检测表明,这种新型碘化银烟火剂.,在一8一一12℃时成冰效率提高了3个是级。 / 二,华气一1号烟火剂的物理化学}生质 华气一1号烟火剂做了储存试验,一般样品制成后存放...&
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一、前言 根据不同的用途烟火剂又分为照明剂、烟雾剂、曳光剂、信号剂、燃烧剂等。无论哪一种,它们一般都由氧化剂、金属可燃物以及粘合钝化剂按一定比例混合而成。木文就烟火剂中常用的五种硝酸盐作了红外光谱法测定,方法简使、快速、准确,适用于微量样品的测定。 二、实验部分 1.分离和纯化 川红外光谱测定烟火剂中硝酸盐,首先需将硝酸盐分离出来,获得纯样品。因硝酸盐都溶于水,可将试样用水溶解、过滤、滤液低温蒸干备用。 也可先将试样用有机溶剂如酮、醇、醚等提取其中的有机物,剩下硝酸盐和金属粉,金属粉不影响红外光谱测定。 还可以采用其他方法纯化如灼烧法,使有机物、金属粉分解,剩下无机物。但要特别小心,因为烟火剂易燃易爆,并应注意灼烧后引起的结构变化。 2.制样 用澳化钾压片法。 3.仪器 日本岛津IR一400分光光度计,最高分辩井‘为ler、,一‘,波数范围。m一’,全程扫描l招介JI 6.,,i,飞。 三、结果与讨论 硝酸盐的N...&
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一般的密度在1.8g·cm-3以下，镁、铝合金的密度低于1.6g·cm-3。某些超轻型镁铝合金密度甚至低于1,比水还低，镁和铝的合金的低密度使其比性能提高。密&&&&度1.8g·cm-3以下应&&&&用显示屏
镁(magnesium)是最轻的结构金属。几种常用结构金属的密度（g·cm-3）(20o)如下：
AL Mg Ti Fe Cu
2.70 1.74 4.51 7.87 8.96
可见镁的密度约分为Al,Ti,Fe,Cu的64%，39%，22%，19%。由于镁的密度小，它的合金也以质轻著称。例如,20℃时的弹性模量为45Gpa,比铝(70Gpa)和Ti(120Gpa)的低,但三者的比弹性模量相同(～26Gpa).镁和镁合金质量小的特点,使其在交通运输、航空工业和上具有巨大的应用前景.
镁的熔点为 651℃,沸点为1107℃.镁的蒸气压很高,627℃时为Pa,727℃时为1037.1Pa,因此镁铍极易挥发.镁原子最外层的两个电子很易失去,是很活泼的金属.常温下镁能与F、CL、BR、I等元素作用生成相应化合物.加热时镁能与硫、氮作用生成MgS和Mg3N2。在空气中镁会慢慢氧化,失去银白光泽而变黑.若温度提高至400℃以上,镁的氧化速度增快,超过500℃以后氧化速度更快,会着火燃烧,此时会生成和少量氮化镁.镁燃烧时会发出非常强烈的光亮.镁的这一特点,颇受人们的青睐.早期就被利用于摄影照明,给人们留下美好的形象和记忆.战争时期,被用来制造照明弹,把战场和目标照明得如同白昼.又被用于制造燃烧弹,点燃战区的物资装备,杀伤对方有生力量.人们还利用镁的这一特点,将镁粉、铝粉和其它原料制成烟花.每当节庆的夜晚,随着阵阵悦耳响声,人们可以看到”嫦娥奔月””天女散花”……各种形色的烟花在夜空飞舞,多彩多姿,给人们带来极大的欢乐.顺便提一下,镁的这种”牺牲自我””乐于助人”精神处处可见.例如它仗着活泼的电化学性质做了牺牲自我的阳极,保护着其它的金属和设备.它又作为原电池阳极,耗尽了自己,照亮了他人.
由于化学活泼性高,金属镁是耐腐蚀性能最差的金属之一.在酸性、中性和弱碱性溶液中它都会受到腐蚀而变成Mg2+离子.各种类型大气均会对镁产生程度不同的腐蚀作用.在干燥的空气中,它的表面上形成一层暗淡的的疏松多孔氧化膜,在潮湿大气中,生成的产物组成大致为Mgco3·3H2O+Mgso4·7H2o+Mg(OH)2.大气湿度增加,工为地区和海洋环境的大气中所含的二氧化硫和氯化物等物质,能加重镁的腐蚀.镁中氯化物杂质及铁杂质也会加速镁的腐蚀.因此,工业生产的镁锭必须镀膜钝化,涂油及以蜡纸包覆.镁是地壳中分布最广的元素之一,占地壳重量的2.77%,为第四个最丰富的金属元素(位于Al、Fe、Ca)之后.在自然界中镁只能以化合物的形态存在.在已知的1500多种矿物中,含镁矿物的有200多种,主要为碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、氧化物.海洋及中的镁比陆地上更多,是镁的主要来源.海水中含有10多种元素,镁的含量排第三,位居Na、K之后.海水中含镁0.13%每立方千米海水中有130万t镁,相当于世界镁年消耗量的4倍(见表2.8)盐湖水的镁浓度比海水更高.以东以色列、之间的””(实为另一内陆湖),受到千万的造化,湖水极浓,含镁竟高达4%.仅此一处的镁,就能满足全世界2.2万年的需要.
纯镁不适合做结构材料.作为结构材料应用的镁主要是镁合金和铝－镁合金.全世界约有千种铝合金牌号,若按化学成份归类的话,约为300多种.这300多种铝合金几乎都含有镁,其中以镁作为主要添加剂的铝－镁合金(镁含量最高为10.5%)约为40种.全世界各国镁合金品牌共有200多种,这些品牌按化学成份可归为30多种.共中变形镁合金黄色10多种,20多种,铸造镁合金主要有以下3个体系.
1) 镁－铝合金.这种合金自第一次世界大战被德国使用以来,成了最广泛使用的铸造镁合金的基础.大部份含有8%～9%的铝及少量的锌(使拉伸性能有某些提高)和锰(改善抗蚀性)
2) 镁－铝－.镁－铝合金中加锌会产生一定的强化作用,其中高含锌量的合金具有很吸引人的特性.如Mg－8AL－8ZN,具有足够大的流动性.,可用于压铸件,而且流动性和抗蚀性超过传统铝－锌合金.
3) 含锆镁合金.锆能细化晶粒,改善镁合金的拉伸性能,提高镁合金蠕变能力,以满足航空和航天工业的需要.属于这一系列的合金有镁－锌－锆合金,镁－稀土－锌－锆合金,以及镁－钍系为基和镁－银系为基的含ZR合金.这种含稀土金属和或含钍的合金都可焊.钍也能改善铸造性能.银可以进一步提高拉伸性能.一些铸造镁合金的性能示于表3.2.
镁是密排六方晶系的金属,可以承受的形变量有限(特别是在低温下).其变形材料主要在300～500℃温度范围内通过挤压、;轧制和压力锻造进行生产.变形合金可以按照它们是否含锆而分成两类.按照变形产品种类可分为三类:1薄板和厚板轧制金.如AZ31(Mg-Al-Z系),ZM21(Mg-Zn-Mn系)和ZE10(Mg-Zn-RE系),这三种合金都可焊,后两种强度较低.LA141A(Mg-Li-Al)等也属这一类,前面已作详细介绍.属于这一类的还有含钍的HK31(Mg-Th-Zr系)以及随后研制的HM21(Mg-Th-Mn等),它们的高温强度更高.2挤压合金.这类合金含铝量大多在1%～8%之间.镁合金都具有密度小的特点，特别是某些镁-锂合金（见前），密度甚至低于1。美英俄等国正在研制含钇镁合金。一种Mg-8.5Y-1.25Zn-0.5Zr合金，其密度小于1.9g·cm-3 ，抗拉强密度420Mpa， 0.2%屈服强度360Mpa，比现有任何一种变形镁合金的都高，同高强度铝合金强度相当。
镁铝合金分子式：Mg4Al3分子量：178.22颜色为灰褐色，比重约为2.15g/cm3，熔点463℃，燃烧时产生的温度达2000℃-3000℃。在烟花生产过程中起着非常重要的还原剂作用，也可作为白光剂和照明剂。
镁铝合金是用镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成。长期以来关于镁铝合金的结构有两种说法。一种说法是镁铝合金是简单物理混合；另一种说法是镁铝合金内部改变了晶体结构，不是简单的物理混合。
镁锭和铝锭在高于1150K时，部分铝与空气中的氧气反应，生成a-Al2O3,氧化铝的此种晶体化学性质呈惰性，起着屏障、。低于1150K时，生在B-Al2O3而这种晶体与酸反应，保护不了内部的镁铝合金。
标准的镁铝合金中镁、铝的含量各约为50%。活性铝含量的多少对烟花的安全生产和产品的质量有很大的影响。但是现在生产镁铝合金的企业多为私营企业，近几年来铝锭比镁锭贵，受利益的驱动，大多未按国标生产。现在镁铝合金粉中铝的含量普遍低于50%，有的铝含量低到了40%。镁含量的增加使得镁铝合金的性质接近镁粉的性质，使得烟火药的撞击感度、摩擦感度增加，烟火剂更加敏感，从而增加隐患。我们可能以用下面的化学机理来检验镁铝合金中铝的含量。
1、盐酸与镁铝合金的反应
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
2、混合溶液与氢氧化钠溶液反应（混合溶液中滴几滴石蕊或酚酞试剂作指示剂，以避免氢氧化钠过量）
MgCl2+2NaOH=2NaCl+Mg(OH)2↓
AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3↓
3、过滤、烘干、称重，重量为G1克
4、氢氧化铝与过量的氢氧化钠反应
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
5、未反应的为氢氧化镁。过滤、烘干、称重，重量为G2克
镁铝合金的中铝的含量 Al%=(G1-G2)/G×34.62%
GB150-85规定了镁铝合金中铝的含量的范围为47-53%，铝含量低于这个范围镁铝合金容易引起质量事故和安全事故，应慎用。
镁锭在镁铝合金中的应用：镁铝合金由镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成，其组成有：简单的物理混合与已改变晶体结构的物理混合两种说法。镁合金DVD门盖板良好的刚性、尺寸稳定性和导热性不仅比塑料门盖板更为轻薄，同时也避免因受热引起老化变形而导致的功能性故障。
更轻更薄的笔记本电脑无一不将镁合金外壳做为其首选，不仅因为镁合金有好的强度、刚性和尺寸稳定性，优良的电磁屏蔽性和导热性更能保护电脑长时间正常稳定地工作。
手机的发展趋势是越来越薄，越来越轻，大的显示屏更成为了时尚，镁合金密度小、强度高、刚性好正符合了其要求，同时优良的电磁屏蔽性也减轻了电磁辐射对人体的伤害。
还有其他的:电动车等行业的应用.将镁合金粒料吸入料管中，加热的同时通过螺杆的高速运转产生触变现象，射出时以层流的方式充填模具，形成结构致密的产品。近十年来，中国镁的产量大幅度增长，据统计，2011年中国镁产量占全球总产量的80%以上，镁的生产工艺逐步成熟、完善，镁的应用开发也取得不小进展，在一些应用领域甚至还出现了与铝竞争的现象。这种情况下，以镁替代铝的话题也不时付出水面，有段时间甚至甚嚣尘上，一度引起社会的广泛关注。
那么镁在未来能否替代铝，镁业分会会长徐晋湘在一次采访中纠正“替代”概念，他表示，镁和铝不存在替代的问题，它俩各自的应用角色与其它材料一样，都是在历史发展过程中逐渐形成的，这些角色可能在某些领域的某段时间出现相互转换，但不是“代替”而是“接替”。从理论上讲，任何材料都有其独有的、别的材料无法替代的性能，人类使用数千年的陶土和木材至今仍不能被别的材料所完全替代，更何况性能极其优越的铝及铝合金材料。角色的定位应是在“正视现实”、着眼发展”的辩证基础上用“两点论”而不能用“一点论”来定义。
徐会长并谈到，从消费量来看，目前全球铝年产消费量超过5000万吨，在人类生活的各个领域都得到了广泛的应用，而全球镁的产量才有区区的80万吨，因此用镁代替铝是不现实的，也不是镁业发展追求的方向，但从市场的角度，镁和铝在某些领域内即便出现一定竞争也是正常的，因镁及材料各自有其独特的性能优势。
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表面活性化学 4000目的铝粉和200目的镁粉 与氧化剂反应4000目的铝粉200目的镁粉哪个活性强
表面活性化学 4000目的铝粉和200目的镁粉 与氧化剂反应4000目的铝粉200目的镁粉哪个活性强
这应该有涉及到粉体颗粒大小的问题 4000目铝粉的粒径比200目镁粉的粒径小得多那么,4000目铝粉的比表面积就比200目镁粉大颗粒比表面积越大则其性质越活泼∴4000目的铝粉会比200目的镁粉活性强
K>Ca>Na>Mg>Al>Zn当然是镁了。纳米及纳米复合材料在铝热剂中的应用研究--《南京理工大学》2009年博士论文
纳米及纳米复合材料在铝热剂中的应用研究
【摘要】：
反应性材料(“Reactive Materials”)通常是指由两种或多种非炸药类固体物质所组成的亚稳态材料,其特点是密度较大、活性较高、感度很低,且在强机械冲击力的作用下才可被引发剧烈的化学反应而释放出以热能为主的巨大能量,多被应用于制造反应性破片(“Reactive Fragments”)、装填高速射弹、制造含能药型罩或爆炸成型弹丸等研究,以大幅提高武器战斗部毁伤目标的威力。目前,国外已明确将反应性材料作为先进含能材料立项研究,而国内对这种材料的研究尚处于起步阶段。就已有的研究结果而言,有望作为反应性材料的物质很多,其中铝热剂由于具有能量高、密度大、感度低、配方灵活等优点被国内外同行广泛认可。然而,传统铝热剂一般是由大粒度Al粉和微米金属氧化物组成的简单混合体系,其主要缺点是Al粉氧化反应活性低且氧化剂与还原剂的结合程度不高,常导致药剂反应速度慢、实际放热量低、反应过程不集中,特别是反应的起始温度通常很高(＞900℃),这直接影响到了它们的点火和燃烧性能,使其很难成为真正意义上的反应性材料而进入实际应用。本研究旨在利用纳米及纳米复合技术,通过改善Al粉氧化反应活性和改善Al与氧化剂结合方式两种途径来提高铝热剂的反应性能,开发由纳米及纳米复合材料组成的铝热剂,通过考察这些特殊铝热剂的常规反应特性、冲击引发特性及反应过程机制,达到将此类物质初步应用为反应性材料的目的。
首先,从改善传统Al粉的氧化反应活性方面入手,以表面包覆的方式来提高微米Al粉的反应效率,达到提高铝热剂反应性能的目的。采用原位置换法,通过对表面活性剂用量、反应温度、金属盐初始浓度及NH_4F浓度的调节,在近中性水溶液中实现了Ni、Co、Fe或Cu纳米粒子对微米Al粉的包覆,制备出了具有核壳结构的(Ni、Co、Fe或Cu)/Al四种纳米复合粉体。然后,将这四种复合粉体分别与WO_3、SnO_2、PbO、CuO和Fe_2O_3组成铝热剂,以反应的起始和放热峰温度、放热量、最大热流量及活化能作为主要性能参数,分别在Ar气和空气气氛中利用热分析研究了它们的铝热反应特性。结果表明,被上述过渡金属纳米粒子包覆处理后,Al粉的反应活性明显提高,其中纳米Ni粒子对铝热反应的促进效果最佳。另外,对原料Al粉和复合粉体的氧化过程机制进行研究后发现,传统微米Al粉的氧化反应受到了其表面氧化层的严重制约,常导致其反应速度慢、反应不完全;而复合粒子特殊的核壳结构则在很大程度上避免或缓解了这种制约,其表面的过渡金属纳米粒子能够代替大部分氧化层并起到“桥梁”的作用使外界氧迅速、便捷地到达到活性Al核的表面,显著提高了Al的氧化反应活性。
其次,从改善Al与氧化剂结合方式入手,以将两者相互复合的方式来提高它们之间的接触面积,达到提高铝热剂反应性能的目的。采用溶胶.凝胶法,以Fe(NO_3)_3·9H_2O为前驱体盐,1,2-环氧丙烷为该盐的水解加速剂,分别实现了纳米Al粉、亚微米Al粉、微米Al粉或粗Al粉与纳米Fe_2O_3的复合,成功地制备出了四种Fe_2O_3/Al纳米复合铝热剂,其中Al颗粒被无定形纳米Fe_2O_3粒子致密包覆。研究发现,设定反应初始温度=19℃、Fe(NO_3)_3·9H_2O初始浓度=0.37mol·L~(-1)、1,2-环氧丙烷用量=2.005 mL·g_(硝酸铁)~(-1)为制备的最佳工艺条件。热分析结果表明,Al与Fe_2O_3结合方式以及Al粉粒度等显著影响了铝热剂的反应性能。复合药剂比简单混合的药剂具有更低的反应起始温度和放热峰温度(降低50℃～70℃),这十分有利于提高药剂的点火性能;随着Al粉粒度的减小,铝热反应放热峰温度降低、放热量升高,最大热流量增加,其中纳米Fe_2O_3包裹纳米Al粉所组成的复合药剂在660℃前就基本反应完。过程机制研究结果表明,若药剂中有效Al含量较低则铝热反应进行不完全,残渣中会有大量FeAl_2O_4、Fe_3O_4或FeO等中间产物存在,此时体系表现为较低的反应性能。
第三,尝试以改变材料晶体结构的方式来提高传统微米Al粉的氧化反应活性,达到提高铝热剂反应性能的目的。通过正反双向对转球磨法制备了Mg含量分别为10wt.%、20wt.%和30wt.%的Mg-Al合金粉,并研究了三种Mg-Al合金与Fe_2O_3的热反应特性。表征结果表明,微米Al粉和Mg粉经合金化处理后其晶粒度由＞100nm降低至25nm左右;热分析结果表明,Mg的引入及晶粒度的细化显著提高了微米Al的铝热反应性能,合金粉与Fe_2O_3在Al(Mg)熔化前就能发生剧烈的固.固相反应,并且随着Mg含量的增加,铝热反应的DSC放热峰提前、最大热流量增加。
最后,为验证上述常规反应性能很高的特殊铝热剂是否也具有反应性材料所必备的冲击引发特性,将传统铝热剂和由纳米及纳米复合材料组成的铝热剂分别添加适量辅助成分后压制成Φ10mm×10mm的药柱并装入钢质弹丸中。采用实弹射击的形式,以装满柴油的钢质密封罐为靶,以击燃靶罐中的柴油为目的,考察了这类材料的冲击引发特性。试验结果表明,尽管传统铝热剂药柱在发射时足够钝感且击中靶罐后可以被侵彻靶罐时所产生的冲击力引发,但其引发后所放出的热量和产生的温度还不足以将难挥发的柴油引燃,燃烧火焰反而最终被油浇灭;而由纳米过渡金属/Al复合材料、Fe_2O_3/Al纳米复合药剂和具有纳米级晶粒度Mg-Al合金粉组成的铝热剂所压制的药柱击中靶罐后不但具有良好的点火性能,点火后还能发生较强烈的爆燃,其放出的热量和产生的火焰引燃了部分飞溅出来柴油。这说明,由纳米及纳米复合材料组成的铝热剂具有较好的冲击引发特性,有望作为冲击引发的反应性材料应用于武器战斗部中。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京理工大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2009【分类号】：TB383.1【目录】：
Abstract7-13
1 绪论13-33
1.1 纳米及纳米复合材料概述13-16
1.1.1 纳米材料的定义、分类及特性13-15
1.1.2 纳米复合材料的定义、分类及特性15-16
1.2 纳米及纳米复合技术在改善Al粉氧化反应活性方面的应用16-21
1.2.1 纳米材料对Al粉表面的包覆处理16-18
1.2.2 Al粉的超细化处理18-20
1.2.3 Al粉的机械合金化处理20-21
1.3 铝热剂的概述及其作为反应性材料的研究进展21-30
1.3.1 铝热剂的定义21
1.3.2 铝热剂的主要用途21-24
1.3.3 铝热剂的反应特性24-27
1.3.4 铝热剂作为反应性材料的研究进展27-30
1.4 本课题的研究背景、思路及主要内容30-33
1.4.1 研究背景30-31
1.4.2 研究思路31
1.4.3 主要研究内容31-33
2 过渡金属纳米粒子对微米Al粉的包覆改性研究33-52
2.1 药品与仪器34
2.2 包覆过程的理论与可行性分析34-37
2.2.1 理论分析34-36
2.2.2 可行性分析36-37
2.3 纳米Ni、Co、Fe和Cu金属粒子对微米Al的包覆改性37-50
2.3.1 纳米Ni粒子包覆微米Al37-43
2.3.2 纳米Co粒子包覆微米Al43-44
2.3.3 纳米Fe粒子包覆微米Al44-47
2.3.4 纳米Cu粒子包覆微米Al47-50
2.4 本章小结50-52
3 过渡金属纳米粒子包覆微米Al复合材料的铝热反应特性研究52-84
3.1 实验过程及研究方法52-53
3.1.1 药品与仪器52-53
3.1.2 铝热剂的制备及分析研究方法53
3.2 纳米Cu/Al复合粉体的铝热反应特性研究53-61
3.2.1 空气气氛中的热反应53-56
3.2.2 氩气气氛中的热反应56-61
3.3 纳米Ni/Al复合粉体的铝热反应特性研究61-64
3.3.1 Ni/Al中Ni的包覆量对反应起始和放热峰温度的影响62-63
3.3.2 Ni/Al中Ni的包覆量对反应放热量的影响63
3.3.3 Ni/Al中Ni的包覆量对反应最大热流量的影响63-64
3.4 纳米Co/Al复合粉体的铝热反应特性研究64-66
3.4.1 亚微米Co粒子包覆微米Al复合粉体的制备64-65
3.4.2 Co的粒度对复合粉体铝热反应特性的影响65-66
3.5 纳米Fe/Al复合粉体的铝热反应特性研究66-69
3.5.1 与气态氧化剂的反应特性67-68
3.5.2 与固态氧化剂的反应特性68-69
3.6 纳米(Ni、Co、Fe或Cu)/Al复合粉体铝热反应特性对比69-73
3.6.1 热分析69-70
3.6.2 动力学分析70-73
3.7 原料Al粉和复合粉体氧化过程机制的初步探讨73-82
3.7.1 原料Al粉的氧化过程机制73-77
3.7.2 纳米过渡金属/Al复合粉体的氧化过程机制77-82
3.8 本章小结82-84
4 Fe_2O_3/Al纳米复合铝热剂的制备研究84-100
4.1 药品与仪器84-85
4.2 制备过程的反应机制及可行性分析85-89
4.3 Fe_2O_3/Al纳米复合铝热剂的制备与表征89-99
4.3.1 Fe_2O_3/Al_(nano)纳米复合药剂89-95
4.3.2 Fe_2O_3/Al_(submicron)纳米复合药剂95-97
4.3.3 Fe_2O_3/Al_(micron)纳米复合药剂97-98
4.3.4 Fe_2O_3/Al_(coarse)纳米复合药剂98-99
4.4 本章小结99-100
5 Fe_2O_3/Al纳米复合铝热剂的反应特性研究100-112
5.1 药品与仪器101
5.2 铝热反应特性分析101-107
5.2.1 Fe_2O_3/Al_(nano)纳米复合药剂的反应特性101-102
5.2.2 Fe_2O_3/Al_(submicron)纳米复合药剂的反应特性102-103
5.2.3 Fe_2O_3/Al_(micron)纳米复合药剂的反应特性103-104
5.2.4 Fe_2O_3/Al_(coarse)纳米复合药剂的反应特性104-105
5.2.5 综合分析105-107
5.3 纳米复合铝热剂反应过程机制的初步探讨107-111
5.4 本章小结111-112
6 纳米晶粒度Mg-Al合金粉的制备及其铝热反应特性研究112-122
6.1 药品与仪器113
6.2 Mg-Al合金的制备与表征113-116
6.2.1 制备过程与方法113
6.2.2 样品的表征113-116
6.3 Mg-Al合金的热反应特性116-120
6.3.1 Mg-Al合金与O_2的反应特性116-117
6.3.2 Mg-Al合金与Fe_2O_3的反应特性117-119
6.3.3 动力学分析119-120
6.4 本章小结120-122
7 纳米及纳米复合铝热剂冲击引发特性的初步研究122-127
7.1 设备与仪器122
7.2 药柱的设计与制备122-124
7.2.1 药柱的设计122-123
7.2.2 药柱的制造123-124
7.3 药柱冲击引发特性的验证试验124-126
7.3.1 试验布局124
7.3.2 冲击引发过程分析124-126
7.4 本章小结126-127
8 全文结论及主要创新点127-130
8.1 全文结论127-129
8.2 主要创新点129-130
致谢130-131
参考文献131-140
攻读博士学位期间发表学术论文和编写著作情况140
欢迎：、、)
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