摘要:

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摘要: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。

摘要:金属铝粉具有活性高、耗氧量低、燃烧焓高和密度大等优良性能，广泛应用于提高火炸药和固体推进剂能量特性的研究中。过渡金属Cu对铝粉的燃烧具有良好的催化作用，可以使铝粉燃烧更充分。端羟基聚丁二烯（HTPB）作为固体推进剂黏合剂组分，均匀地包覆在铝基复合粒子表面，可有效地阻止表面氧化和团聚，且有利于药柱压装固化成型。以乙酰丙酮铜为铜源，甲醛和肼为还原剂，采用一锅法液相还原制备HTPB/Cu/μAl复合粒子。通过IR、XRD、SEM和EDS对样品的结构和形貌进行表征，同时研究了HTPB/Cu/μAl对AP热分解的催化行为。结果表明，还原出来的Cu以粒子形式散落在铝粉表面，HTPB则均匀包覆在Cu/μAl的表面。HTPB/Cu/μAl的DSC曲线在150~350 ℃范围内同时出现过渡金属Cu的氧化放热峰和HTPB的分解放热峰，但包覆对微米铝粉在550 ℃的氧化放热峰基本没有影响。HTPB/Cu/μAl的平均活化能为287.2 kJ·mol^-1，相比于μAl平均活化能（323.55 kJ·mol^-1）降低了36.35 kJ·mol^-1。加入HTPB/Cu/μAl复合材料后，AP的高温和低温分解峰均发生变化，其中高温热分解温度较纯AP降低了127 ℃，表明HTPB/Cu/μAl复合材料可促进AP的热分解行为。

摘要:为直观地研究金属铝核/氧化层的界面结构，以聚焦离子束微纳加工技术为基础，成功建立了2~8 µm铝粉颗粒的切片方法。对于尺寸2~8 µm的铝粉颗粒，可通过结合聚焦离子束（FIB）直接切割与剖面减薄获得切片。所制备的切片样品的界面结构清晰完整，氧化层未被破坏；通过进一步联用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、能谱线扫描及元素面分布等多种表征手段，获得了不同老化条件下铝颗粒“核-壳”界面的微观结构、结晶性和元素分布等信息。发现铝颗粒表面氧化层中Al和O元素的化学计量比偏离于标准Al₂O₃，呈现梯度分布特征；定量地获得了铝颗粒氧化层厚度与老化温度之间的正相关关系，未经热老化样品的氧化层厚度约5.4 nm，75 ℃和95 ℃老化样品的氧化层厚度分别增加至（34.1±2.1） nm和（51.3±2.2） nm。

摘要:金属燃料添加剂在黏合剂中的分散特性将极大影响火炸药的工艺性能。以两种不同形貌（球形和片状）的新型亚稳态分子间复合物铝/聚偏氟乙烯（QAlPV和PAlPV）为对象，利用RS-300流变仪，系统研究了端羟基聚丁二烯（HTPB）、聚叠氮缩水甘油醚（GAP）和环氧乙烷四氢呋喃共聚醚（PET）典型黏合剂与两种铝基复合物形成的混合体系的流变性能。结果表明，悬浮液体系均表现出假塑性流体特征，在20~60 ℃内，随温度增加，表观黏度均减小。在GAP和PET体系中，含PAlPV混合体系的流动活化能均大于含QAlPV混合体系，说明片状结构的铝基复合物与这两种黏合剂形成的混合体系的刚性较大，其表观黏度对温度更敏感。因此，可通过提高温度来改善PAlPV在黏合剂中的分散性；而QAlPV与GAP、PET形成混合体系的柔性较大，可通过提高剪切速率来改善其分散性和均匀性。

摘要:为了获得具有燃烧增压效应的金属合金复合燃料，通过真空悬浮熔炼、超高温气雾化法、机械合金化等方法联用制备了Al/Mo/PMF（氟化石墨）复合粉末。用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重-差热分析（TG/DTA）等表征手段分析复合粉末的物相、颗粒形貌、热性能，用氧弹量热仪、定容等热燃烧实验测试复合粉末的燃烧焓及增压性能。结果表明，经机械球磨后，PMF在复合粉末颗粒中分布均匀，有助于提高粉末的热反应活性，起始反应温度前移，且由燃烧产生的低沸点AlF₃、MoO₃等产物造成的额外增压效应较为明显，Al/Mo/PMF 64/16/20复合粉末燃烧产生的额外增压比纯Al粉高4.49%。但随着PMF含量增加，复合粉末的燃烧焓及燃烧完全程度有所降低，Al/Mo/PMF 76/19/5复合粉末的实测燃烧焓为22541.8 J∙g^-1，而Al/Mo/PMF 64/16/20复合粉末的实测燃烧焓为16788.5 J∙g^-1。当PMF含量为5%时，既能保证复合粉末的燃烧完全，又能兼顾到气态产物的额外增压，其对应最大压力值为3.430 MPa。同时还研究了Al/Mo/PMF 76/19/5复合粉末的氧化过程及机理。

摘要:以铝粉含量为5%、10%、15%和18%的缩水甘油叠氮聚醚（GAP）推进剂配方为研究对象，采用力学拉伸试验机、动态热机械分析仪（DMA）和模拟计算软件等，分析了铝粉含量对推进剂力学性能、界面性能、燃烧性能、安全性能、能量性能和密度等的影响。结果表明，以30 μm铝粉代替320 μm AP，随铝粉含量的提高，推进剂的最大抗拉强度和最大伸长率逐渐增大，界面性能得到进一步改善；推进剂在3~9 MPa下的静态燃速并未发生明显变化但压强指数由0.43降低至0.40。配方中铝粉含量为5%和18%的推进剂危险等级均达1.3级，其中铝粉含量为18%的推进剂配方的撞击和摩擦感度分别为0%和44%，低于铝粉含量为5%的配方（分别为4%和48%）；软件模拟计算表明，铝粉加入量的提高使推进剂的能量和密度均呈上升趋势，但推进剂的标准比冲提升趋势趋于平缓。

摘要:为了探究固体硼氢燃料对铝粉燃烧反应机理的影响，采用同步热分析-红外质谱联用技术及热裂解原位池-傅里叶变换红外光谱联用技术，对十二氢十二硼酸双四乙基铵（BHN-12）的热分解反应机理及反应动力学进行研究。在此基础上，结合数值模拟建立BHN-12在爆炸流场中对铝粉燃烧反应影响的模型，探究硼氢燃料在流场中的反应时间、分散特性以及对铝粉的助燃效应。结果表明，BHN-12热分解开始温度约314 ℃，结束温度约360 ℃。分解过程中出现三个放热峰和两个吸热峰，总质量损失范围为32.3%~33.9%。分解过程遵从幂级数法则（Mampel power），动力学机理函数为。分解后的气体产物主要为H₂、C₂H₄、C₂H₆和NH₃，固体产物为非晶态的C和B单质。采用组分运输模型可较好地模拟Al/BHN-12体系的后燃烧反应过程，在该过程中，Al燃料的分散速度比BHN-12粒子的分散速度慢，20 ms时，Al燃料的分散半径约2.5 m，BHN-12的分散半径约3 m。在反应初期2 ms时，无分解气体产物出现；大约4 ms时，开始出现气体产物，反应火球中部的温度约为1800 ℃，BHN-12可提升体系的后燃反应温度约300 ℃。

摘要:如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题。为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用，设计并制备了3种HMX基含硼铝炸药。对Φ100 mm×105 mm样品，用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性；用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力，讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响。结果表明，空爆和水下爆炸中，在HMX的爆轰作用下，铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应，释放出大量的燃烧热，形成高温高压的膨胀产物，增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量。圆筒试验中，在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前，没有足够的氧和硼反应，未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势。当铜管壁膨胀破裂后，空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热，增强后效作功能力。

摘要:为了探索α-AlH₃在凝聚相炸药中的爆轰反应规律，对α-AlH₃的安全特性进行了表征。结果表明α-AlH₃热稳定性较差，对温湿度敏感，处理α-AlH₃样品时应控制室温不超过30 ℃，相对湿度不大于60%。以自主设计的梯次控温冷却直接法造型粉制备工艺，制备了以HMX为主炸药的系列含α-AlH₃炸药配方样品，并对其安全性、爆轰性能、做功能力、爆炸反应过程进行了研究。结果表明，造型粉机械感度低，成型能良好；α-AlH₃含量超过10%后药柱成型相对密度随α-AlH₃含量增加而降低；α-AlH₃的特征爆速为6078 m·s^-1，含α-AlH₃的HMX基凝聚相炸药与同质量分数含铝炸药相比，二者总做功能力相当，含α-AlH₃炸药爆轰产物在高压和中压阶段做功能力较低；α-AlH₃中的氢元素在爆轰产物中主要以氢气的形式存在。

摘要:为了研究含Mg基储氢材料、含Ti基储氢材料、含ZrH₂储氢材料等三种混合炸药的能量输出特性，采用恒温式爆热量热仪和水下爆炸系统分别研究了3种含储氢材料混合炸药的爆热和水下能量特征。结果表明：在RDX/储氢材料/AP/others温压配方体系中，3种含储氢材料炸药爆热的关系为含Mg基＞含Ti基≫含ZrH₂，爆热值分别为7587.0606，6416.4741，3950.6279 kJ·kg^-1，表明含储氢材料炸药的爆热与储氢材料的化学潜能呈正相关。水下爆炸中，含储氢材料混合炸药的冲击波峰值压力、冲量、能流密度、冲击波能的大小关系保持一致，从大到小依次为含Mg基、含Ti基、含ZrH₂储氢材料混合炸药，冲击波能依次分别为1.41倍、1.26倍、0.97倍TNT当量，表明活性高、潜能大的储氢材料对水下爆炸冲击波的推动作用更大。储氢材料在水下爆炸能量中主要贡献在气泡脉动上，含Mg基、含Ti基、含ZrH₂储氢材料混合炸药的气泡能分别为2.17倍、1.78倍、0.86倍TNT当量，表明Mg基储氢材料在二次反应能量释放程度上最优，其次是Ti基储氢材料，ZrH₂的反应程度最低。3种含储氢材料混合炸药的水下爆炸能量和爆热的大小趋势保持一致，总体能量水平依次是含Mg基＞含Ti基≫含ZrH₂。含Mg储氢材料炸药的水下爆炸能量最大，达到2.02倍TNT当量。ZrH₂在温压体系配方中的适用性不强，爆热和水下爆炸能量均低于TNT。

摘要:利用20 L爆炸装置开展了含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性研究。试验结果表明：微米铝粉中加入5%和10%纳米铝粉后，混合铝粉爆炸压力峰值增幅分别为24.4%和58.5%，最大压力上升速率增幅达到80.6%和103.4%，纳米铝粉含量大于10%对于爆炸效应增加没有明显作用；固液比为30/70的燃料空气炸药，点火能从11.83 J增加到28 J，其爆炸压力从0.28 MPa增大到0.52 MPa，爆炸温度从834 ℃增大到1118 ℃，表明增大点火能可以提高燃料空气炸药爆炸参数；提高微/纳米铝粉含量，能够有效提高固液型燃料空气炸药爆炸压力和爆炸温度。

摘要:为了研究改性工艺对复合储氢材料的点火和爆炸特性的影响，使用氧弹量热仪测试了Al、MgH₂、复合储氢材料CM和端羟基聚丁二烯（HTPB）包覆后的储氢材料CM-H的燃烧热，并研究了这4种样品在48 h内的质量变化情况。结果表明：包覆后的储氢材料CM-H拥有最高的燃烧热：30.5633 MJ·kg^-1；且在空气中48 h内增重最少，仅0.46%。这表明改性后可有效防止储氢材料在空气中发生变质，保持较高的燃烧热。用1.2 L哈特曼管、高速摄像机、20 L球爆炸测试系统对4种样品的最小点火能、火焰传播特性和爆炸压力进行了研究。结果表明：复合储氢材料CM的最小点火能为50~60 mJ，仅为铝粉（100~150 mJ）临界点火能的1/2。可见向金属材料中添加MgH₂可以有效地降低点火能量。包覆后的复合储氢材料CM-H最小点火能增加，为700~750 mJ。火焰传播速率、爆炸压力与爆炸指数的测试均显示出MgH₂>CM>CM-H>Al的规律。表明包覆后的复合储氢材料的电火花感度大大降低，安全性提高，同时具有较好的爆炸性能。

摘要:为了研究悬浮态AlH₃粉尘爆炸泄放过程的能量输出规律，采用改进后的20 L球爆炸测试系统分别对其在密闭和泄放条件下的爆炸压力和火焰传播规律进行了研究。结果表明：悬浮态AlH₃与Al粉相比，在密闭体系内爆炸下限浓度由40 g·m^-3下降至30 g·m^-3，表明AlH₃点燃后释放氢气过程加速了整个化学反应历程；此外，密闭体系下AlH₃粉尘爆炸的最大爆炸压力和爆炸压力上升速率均高于铝粉爆炸，最大爆炸压力由1.02 MPa上升至1.15 MPa，表明由于氢气释放形成了可燃气体-可燃粉尘复合体系，使得爆炸能量释放过程更为猛烈；泄放条件下，在浓度为500 g·m^-3时，AlH₃的爆炸压力（p）和爆炸压力上升速率（dp/dt）下降幅度最大，分别达43%和30%，表明爆炸泄放可以有效降低爆炸伤害；同时，得出爆炸泄放火焰长度和速度均在AlH₃浓度为750 g·m^-3时达到最大，多次火焰产生概率和出现频次随浓度增加而增加。

摘要:为进一步提高亚微米铝粉的反应活性，采用复合金属丝电爆炸技术制备了Al-Cu复合金属粉，通过罗氏线圈监测了电爆炸过程中的波形图，确定制备工艺参数。采用X射线粉末衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），透射电镜电子能谱成像分析（TEM-MAPPING），X射线电子能谱（XPS）等表征手段完成了对材料结构的分析，Al-Cu复合金属粉主要由CuAl₂与Al组成，形貌为光滑球形，平均粒度为150 nm，分析了材料结构的形成机理。分别采用DSC法与铝-水蒸气反应法评价了材料的反应活性，DSC测试结果表明Al-Cu复合金属粉初始氧化峰温为550 ℃，与同样条件下制备的铝粉相比降低了50 ℃，反应活性明显提高；初始氧化过程温度跨度由500~650 ℃变为500~600 ℃，初始氧化过程的时间由7.5 min缩短到5 min，放热反应速率提升了33%。水蒸气反应评价结果表明，Al-Cu复合金属粉和Al粉的反应完全度分别为0.88和0.73，在反应初始阶段（0~10 min）Al-Cu复合金属粉反应完全度数值达到0.36，是铝粉反应完全度的10倍，与铝粉相比Al-Cu复合金属粉的反应活性与反应完全性大幅提高。

摘要:为了考察氟橡胶包覆对微米铝粉燃烧影响的规律，采用激光点火、定容燃烧、热分析等方法，对5 μm及50 μm两种粒径、不同氟橡胶含量微米铝粉的燃烧性能、热性能进行了分析，得到粒径和氟橡胶含量对微米铝粉的点火延迟时间、燃速、燃烧状态、燃烧热值、热反应性能等的影响规律。结果表明，未包覆的微米铝粉在0.1 MPa氧气中无法被激光点燃。而在氟橡胶包覆后，随着氟橡胶含量的变化，5 μm铝粉的点火延迟时间可由91 ms缩短为31 ms，燃速可由3.08 mm·s^-1增加至364.96 mm·s^-1，燃烧热值可达到27.61 kJ·g^-1；50 μm铝粉的点火延迟时间可由130 ms缩短为40 ms，燃速可由1.80 mm·s^-1增加至43.78 mm·s^-1，燃烧热值可达到26.08 kJ·g^-1。此外，在热重分析（TG）的基础上，计算了氟橡胶反应深度和氧化铝层厚度，发现氟橡胶的反应仅存于铝粉的表面，而在相同反应条件下，反应完成后氧化铝层的厚度与微米铝粉的粒径无关。

摘要:针对高强含能结构材料的发展现状和存在的问题，对高熵合金的特点、静态力学行为和动态力学行为的研究现状进行了总结和分析，从理论和实验两方面论述了高熵合金作为高强含能结构材料的设想、潜力和挑战。综述发现，高熵合金具有“成分设计自由”、“晶体结构简单且具有强畸变”、“强度和硬度高”等基本特点，同时高熵合金的静态力学行为和动态力学行为可以在很宽的范围内进行调节，调节方式包括工艺调整和成分设计等。以上特点表明高熵合金在可加工性、高强度和可快速氧化释能等方面具有成为高强含能结构材料的潜在优势。已有的实验结果也证实了高熵合金含能结构材料的应用潜力。提出了高熵合金含能结构材料研究面临的挑战和未来研究需要关注的重点，包括高通量实验和模拟、动态力学行为研究和大尺寸样件制备等。