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将铝粉包到高氯酸铵里----点火温度大大降低 精选

已有 2464 次阅读 2017-5-5 05:05 |个人分类:含能材料与安全|系统分类:论文交流

       在含能材料中,为了提高能量密度,经常添加一些金属粉如镁粉,铝粉等。铝粉因为价格便宜易得而被经常应用。常用的固体推进剂里包括燃料(铝粉),氧化剂(高氯酸铵)和粘结剂(HTPB,NC)。然而,微米铝粉的点火需要2000摄氏度的高温,相比而言,固体推进剂的表面燃烧温度仅有500多摄氏度左右,这样一来,微米铝粉则不大可能在表面被点燃,而是在距离燃烧表面较远的位置才烧起来。这就被称作点火延迟(Ignition Delay)。铝粉燃烧产生的热能,由于距离燃烧表面较远,而不能及时有效的反馈回去,从而造成添加微米铝粉到推进剂里,并没有增加太多的燃烧速度。而随着纳米科技的发展,人们将微米铝粉替换为纳米的铝粉(比如著名品牌Alex),其点火温度速降到700摄氏度左右,这样一来,纳米铝粉的点火延迟大大缩短,燃烧的纳米铝粉也距离推进剂燃烧表面更近,可以提供更多的热量反馈。研究发现,添加了纳米铝粉的固体推进剂,其燃烧速度比添加了微米铝粉的快一倍以上。


       然而,纳米铝粉本身也存在问题,纳米铝粉在点火以后瞬间发生烧结,迅速丧失了其纳米特性。而且,随着纳米铝粉添加量的增加,推进剂浆料将变得异常粘稠,不能有效的将燃料(铝粉),氧化剂(高氯酸铵)和粘结剂(HTPB,NC)充分的混合,造成严重的团聚现象,也削弱了纳米铝粉的自有优势。我们之前的研究发现,添加一些能产生气体的粘结剂比如硝化纤维(NC),不仅能将纳米颗粒粘结成微米球,从而降低其黏性增加其流动性;而且其产生的气体可以推迟抑或防止纳米铝粉的烧结变大的弊端。


       我们利用静电喷雾的方法成功制备了多种含有硝化纤维(NC)的纳米含能材料微米球,其反应活性比传统物理混合的增加数倍。


       在这篇文章中,我们同样利用静电喷雾的方法成功制备出燃料(纳米铝粉),氧化剂(高氯酸铵)和粘合剂(硝化纤维)三位一体的推进剂微米颗粒。


该颗粒的点火温度仅有430摄氏度左右,比其他含铝粉含能物质低300摄氏度左右,比铝粉自身的熔点低200摄氏度以上。


     与此同时,该推进剂颗粒还具有较高反应活性和火焰温度,其气体做功能力比纳米氧化铜/铝粉MIC还要高一倍。其火焰温度在2500摄氏度以上。

     研究还发现,经过静电喷雾,高氯酸铵的尺寸被降低到1微米左右,其分解温度也降低100摄氏度以上。


     研究发现,高氯酸铵的分解释放了大量的HCl气体,这些气体可能作用于纳米铝粉的表面氧化层,使其受到腐蚀而变弱并最终破裂形成新鲜铝与氧化性气体反应的通道,从而大大降低了其点火温度。


      将此颗粒应用到推进剂中,有望大大提高燃烧速率!

关于本文的详细内容请下载原文及其支持材料、视频文件(免费):

https://www.researchgate.net/publication/315613107_Assembly_and_encapsulation_of_aluminum_NP%27s_within_APNC_matrix_and_their_reactive_properties

谢谢支持!




http://blog.sciencenet.cn/blog-444458-1053045.html

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