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微米级铝颗粒热氧化特性

含能材料 2017年第8期25卷 667-674页

作者：王架皓刘建忠周禹男王健儒许团委杨卫娟周俊虎浙江大学能源工程学院浙江杭州310012 中国航天科技集团陕西西安710025

利用同步热分析技术,以10 K·min^(-1)的加热速率将3种微米铝粉从室温加热至1110℃,分析获得的热重-微商热重-差热分祈曲线,并通过Satava-Sestak积分法计算得到氧化反应的动力学参数及最可几机理函数;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD... 详细信息

利用同步热分析技术,以10 K·min^(-1)的加热速率将3种微米铝粉从室温加热至1110℃,分析获得的热重-微商热重-差热分祈曲线,并通过Satava-Sestak积分法计算得到氧化反应的动力学参数及最可几机理函数;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对不同阶段的氧化产物进行观察分析。结果表明,粒径越小的铝粉,越容易被氧化,其氧化程度也越深。微米铝粉的氧化过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ,温度低于550℃,反应非常缓慢,Al颗粒表面的无定形氧化铝层缓慢生长;阶段Ⅱ,550~670℃,氧化层由无定形氧化铝向γ-Al_2O_3转变,新形成的γ-Al_2O_3层不能在Al颗粒表面形成一个连续完整的外壳,裸露的Al与氧气接触,因此在阶段Ⅱ开始时,氧化速率迅速增大,当γ-Al_2O_3层完全覆盖Al核后,氧化速率迅速降低;阶段Ⅲ,670~1110℃,在内部熔融态Al受热体积膨胀及氧化铝由γ-Al_2O_3向α-Al_2O_3转变引起表面积收缩的共同作用下,颗粒表面氧化壳层产生裂缝或破碎,活性Al释放,氧化反应非常剧烈,最终生成稳定的α-Al_2O_3。粒径越小的Al粉,其氧化反应的表观活化能越低,反应越容易进行;3种样品的热氧化反应均符合边界控制模型函数R3:G(α)=G(α)=1-(1-α)^(1/3),温度适用范围550~1110℃。

关键词：微米铝粉热氧化特性动力学微观形貌表观活化能

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硼基粉末燃料预处理及热氧化特性分析

固体火箭技术 2018年第5期41卷 537-542,548页

作者：李超张力锋武冠杰李悦胡春波西北工业大学燃烧、流动与热结构国家重点实验室西安710072 中国人民解放军68128部队兰州730046

基于理论分析的方法,确定了硼基粉末燃料预处理材料的选择和用量,然后开展了硼基粉末燃料预处理实验,并对预处理所获得的硼基粉末燃料表面形貌等进行了分析。在此基础上,利用热重分析试验台,对改性硼基粉末燃料在空气气氛中的热氧化特... 详细信息

基于理论分析的方法,确定了硼基粉末燃料预处理材料的选择和用量,然后开展了硼基粉末燃料预处理实验,并对预处理所获得的硼基粉末燃料表面形貌等进行了分析。在此基础上,利用热重分析试验台,对改性硼基粉末燃料在空气气氛中的热氧化特性进行系统研究,分析了不同改性硼基粉末燃料的热反应特性。研究表明,相比传统液体和固体冲压发动机,硼基粉末燃料冲压发动机具有比冲和密度比冲的优势,且能在较大的空燃比范围内维持较高的燃烧室温度,有利于发动机的稳定工作。硼基粉末燃料中镁的加入,可有效降低粉末燃料的点火温度,并提高硼的氧化程度。

关键词：粉末燃料冲压发动机硼基粉末燃料装填率热氧化特性

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二硼化铝在空气与水介质中的热氧化特性研究

化学工程师 2022年第10期36卷 96-100页

作者：赵杭杨伯涵陈浩楠肖金武航天化学动力技术国防重点实验室湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

研究二硼化铝(AlB_(2))在空气、水两种环境中的热氧化特性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氧弹量热仪和热重分析-差示扫描量热法(TG-DSC)对AlB_(2)进行形貌、燃烧热值和在空气、水两种环境气氛中的热氧化特性和动力学研究。研究结果表明,AlB... 详细信息

研究二硼化铝(AlB_(2))在空气、水两种环境中的热氧化特性,采用扫描电子显微镜(SEM)、氧弹量热仪和热重分析-差示扫描量热法(TG-DSC)对AlB_(2)进行形貌、燃烧热值和在空气、水两种环境气氛中的热氧化特性和动力学研究。研究结果表明,AlB_(2)微观聚集态为不规则球型,颗粒表面呈层状结构。氧弹法实测燃烧热达到了36.05kJ·g^(-1),高于无定形硼(提高119.42%)。空气氛围下AlB_(2)的氧化起始温度、反应效率、反应速率高于无定形硼,活化能相较无定形硼降低了约100kJ·mol^(-1)。水蒸气氛围下,AlB_(2)的氧化可分为铝氧化和硼氧化两个阶段,其中铝氧化阶段的反应起始温度较铝单质降低了约170℃,硼氧化阶段的反应速率高于无定形硼。

关键词：二硼化铝燃烧热空水介质热氧化特性动力学研究

硼粉细化、镁硼复合粉体的制备及其热氧化特性研究

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硼粉细化、镁硼复合粉体的制备及其热氧化特性研究

作者：唐丽英武汉理工大学

学位级别：硕士

由于其自身的高热值特性,硼成为了最有潜力的固体推进剂和炸药的燃料添加剂。但硼存在点火延迟和燃烧效率低的问题,阻碍了其高热值的充分发挥。降低硼粉粒径或与活性金属复合是改善硼点火和燃烧性能的有效途径。硼粉的性能与制备工艺密... 详细信息

由于其自身的高热值特性,硼成为了最有潜力的固体推进剂和炸药的燃料添加剂。但硼存在点火延迟和燃烧效率低的问题,阻碍了其高热值的充分发挥。降低硼粉粒径或与活性金属复合是改善硼点火和燃烧性能的有效途径。硼粉的性能与制备工艺密切相关,本论文引入了低温球磨工艺,并对细化及与镁复合后的硼粉的热氧化特性进行了研究。以平均粒径为40μm的硼粉为原料研究硼粉的颗粒细化。通过低温球磨工艺,实现了硼粉的颗粒细化,成功制备了平均粒径为2~3μm的硼粉;研究了颗粒细化对硼热氧化特性（反应起始温度Ti、氧化峰峰值温度Tp、放热量Q、最大放热速率Rmax和反应效率η）的影响。研究结果表明:与原料硼粉相比,颗粒细化后,Ti和Tp分别降低了231.6℃和333.9℃,Rmax提高了218%;颗粒细化时,当破裂作用占主导,冷焊作用可忽略时,硼粉的Ti、Tp和η随粒径的减小而降低,Rmax随粒径的减小而增大;冷焊作用明显,破裂作用仍起主导作用时,粒径继续降低,但Ti和Tp升高、η提高、Rmax降低。以平均粒径为10μm的硼粉为原料研究硼粉的晶粒细化。通过低温球磨工艺,实现了硼粉的晶粒细化,成功制备了晶粒尺寸为25~43nm的纳米晶硼粉,并对晶粒细化对硼热氧化特性的影响进行了研究。结果表明:经过晶粒细化处理后,Ti和Tp分别降低了223.9℃和296℃,Rmax提高了约7倍,η提高了15%;随晶粒尺寸的降低,硼粉的Ti和Tp分别降低至460℃和470℃左右后保持稳定;而Rmax随晶粒尺寸的降低逐渐增大。选择金属镁作为复合材料、以平均粒径20μm的硼粉作为原料,利用低温球磨技术制备了镁硼复合粉体,探讨了工艺参数对其结构的影响。发现镁含量的减低、球料比的增加、球磨转速的增加、球磨时间的延长、球磨方式为顺时针和逆时针交替旋转,均可使镁硼复合粉体的晶粒尺寸和粒径降低。进一步研究了其热氧化特性,结果表明:硼晶粒尺寸的降低可使Tp降低,Q和Rmax提高,硼的η略有提高;镁晶粒尺寸的降低可使Tp略有降低、Q和Rmax提高,但对η影响不大;粒径的降低可使Tp降低、η提高;单质镁含量的提高有利于Tp的降低;氧化硼含量的降低可提高η。

关键词：硼热氧化特性细化晶粒尺寸低温球磨

氧化剂包覆硼颗粒对硼基推进剂点火燃烧特性的影响

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含能材料 2016年第8期24卷 774-780页

作者：陈冰虹刘建忠梁导伦李和平周俊虎浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027 杭州电子科技大学能源研究所浙江杭州310018

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械... 详细信息

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械混合样品作为对照组。结果表明,AP的包覆会使样品发生低温急剧燃烧,从而促进硼颗粒的低温氧化,有效缩短样品的点火延迟时间至330 ms。与机械混合样品进行对照发现,包覆是产生低温急剧燃烧现象的重要原因。AN包覆的B基推进剂样品具有更低的起始反应温度,为327.6℃,但其整体放热性能较差,平均燃烧温度仅为642.8℃。NQ、HMX的包覆能有效提高B基推进剂的燃烧强度,缩短燃烧时间。其中,NQ有利于提高燃烧强度的峰值;而HMX则更有利于整体燃烧强度的提升,其包覆使B基推进剂燃烧时间缩短为2750 ms,平均燃烧温度达到845.5℃,放热量提高至9968 J·g^(-1)。

关键词：硼基推进剂氧化剂包覆热氧化特性点火燃烧特性

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含硼推进剂一次燃烧产物点火燃烧特性研究

含硼推进剂一次燃烧产物点火燃烧特性研究

作者：周华浙江大学

学位级别：硕士

含硼推进剂一次燃烧产物主要在固体火箭冲压发动机的补燃室中燃烧,一次燃烧产物的燃烧特性对发动机的性能产生重大的影响。本文通过多种检测手段研究了一次硼产物的微观特性,采用多种先进的测试方法分析了一次硼产物的成分组成,同时利... 详细信息

含硼推进剂一次燃烧产物主要在固体火箭冲压发动机的补燃室中燃烧,一次燃烧产物的燃烧特性对发动机的性能产生重大的影响。本文通过多种检测手段研究了一次硼产物的微观特性,采用多种先进的测试方法分析了一次硼产物的成分组成,同时利用热力学软件FactSage计算得出理论的一次燃烧产物组分和热力学参数。通过热重红外(TG-FTIR)、热重差热(TG-DSC)和激光点火等实验手段,结合FactSage软件模拟计算,研究一次硼产物中碳化硼和CO2成分对硼颗粒的热氧化特性和点火燃烧特性的影响规律,深入研究了不同组分和不同取样条件的一次硼产物的点火燃烧特性,系统研究了环境温度、压力、氧气浓度和CO2浓度对一次硼产物热氧化特性和点火燃烧特性的影响规律,从而获得一次硼产物的点火燃烧特性。通过多种检测手段分析了一次硼产物的微观特性和分布特征,通过软件Factsage模拟计算和样品检测试验获得一次硼产物的成分组成,计算得到一次硼产物气相成分主要是H2、CO、HC1和CO2,凝相主要成分是C、B4C和BN;结合XRD、EDS和XPS的检测结果分析,一次硼产物中主要成分为单质B、B4C、C和少量的B2O3、NH4Cl。通过实验获得硼粉在不同碳化硼混合配比下、不同CO2浓度下的热分解特性和点火燃烧特性。在1000K以下的低温段,随着样品中碳化硼含量增大,增重速率增快,反应速率增大,起始氧化温度越低;在1000K-1250K温度段,随着样品中碳化硼含量增大,增重速率和增重量减小;在1250K-1700K阶段,样品的增重速率再次变快,随着样品中碳化硼含量增大,增重速率增快;随着样品中碳化硼含量增大,燃烧光谱强度减弱,点火延迟时间变长,持续燃烧时间减少;在氧气浓度不变前提下,提高气氛中CO2的浓度,能够加快增重速率,有助于促进硼粉的氧化反应,降低最大增重速率对应的温度,提高硼粉的燃烧效率,缩短硼颗粒点火时间,减少燃尽时间。深入研究了不同组分和不同取样条件的一次硼产物的点火燃烧特性。通过红外光谱确认一次硼产物中水分、NH4Cl、炭黑、碳化硼和硼在不同的温度段发生热反应。分析发现取样压力越高的样品,失重量和对应的放热量越小,说明其中炭含量越低,在激光下的燃烧强度越强,点火延迟时间越短,持续燃烧时间越长。系统研究了一次硼产物在不同的氧气浓度、CO2浓度和压力下的热氧化特性和点火燃烧特性。随着反应气氛中氧气浓度增大,在750-850K温度段,一次硼产物失重量和失重速率增大,放热量增大。在900K之后,样品的放热量再次增大,最大增重速率对应的温度降低,燃烧强度增大,点火延迟时间缩短,燃烧时间延长,增大氧气浓度有利于一次硼产物中硼的点火燃烧;随着气氛中C02浓度增大,在750-850K阶段,样品失重量和最大失重速率减小,放热峰减小;在温度达到900K后,样品的最终增重量和最大增重速率增大,最大放热量也随之增大,初始氧化温度逐渐降低,说明增大C02浓度,有利于对一次硼产物进行点火燃烧;随着环境压力升高,在失重阶段,样品的失重量和最大失重速率逐渐减小。在高温增重阶段,随着环境压力升高,最终增重量变大,上升峰的最大增重速率减小起始氧化温度逐渐降低。

关键词：一次燃烧产物激光点火热氧化特性燃烧特性