【摘 要】
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铝颗粒是含铝固体推进剂的重要含能成分,研究铝颗粒的反应特性对推进剂的研究和应用具有重要的指导意义。本文选取3种不同特性的微米级铝粉,首先对铝粉的理化特性进行测试分
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铝颗粒是含铝固体推进剂的重要含能成分,研究铝颗粒的反应特性对推进剂的研究和应用具有重要的指导意义。本文选取3种不同特性的微米级铝粉,首先对铝粉的理化特性进行测试分析,包括粒度分布、微观形态、元素组成及含量、比表面积、孔隙结构、元素赋存形态及氧化层厚度等基本特性。然后利用热分析技术、激光点火燃烧测试系统以及动态燃烧测试系统,对铝颗粒的热氧化特性、点火燃烧特性以及动态燃烧团聚过程进行了实验研究。试验发现在10K/min的加热速率下,3种样品的热氧化反应均符合边界控制模型函数R3:G(α)=1-(1-α)1/3,温度适用范围550～1110℃。铝粉的热氧化过程分为三个阶段:初始氧化阶段,温度低于550℃;加速氧化阶段,550～670℃;剧烈氧化阶段,670～1110℃。在不同氧化阶段中,颗粒表面的氧化铝壳层经历了生长增厚、拉伸破裂等过程,并伴随着A1203由无定形→y-→θ→α-A1203的晶型转变。粒径越小的铝粉,越容易被氧化,其氧化程度也越深,同时氧化反应的表观活化能越低,反应越容易进行。颗粒自身特性、反应气氛种类及含量和环境压力3个因素对铝颗粒的点火燃烧特性具有重要的影响,增大铝颗粒比表面积、减小初始氧化层厚度,提高环境气氛的氧化性以及压力等,可以缩短点火延迟时间,获得更高的燃烧温度、燃烧强度,显著提高最终的燃烧效率。铝颗粒燃烧过程要经历相变、团聚、点火、燃烧及燃烧产物的凝聚等过程;铝颗粒在燃烧过程中会发生气相燃烧,形成烟雾(由小于1μm的氧化铝颗粒组成),A1203烟雾是导致铝燃烧团聚的因素之一。研究表明熔散反应和扩散反应两种反应机制,在微米级铝颗粒静态热氧化和动态燃烧两种实验条件下同时存在。
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