目前,国内外投入了大量的人员,对铝基金属燃料进行研究,希望得到一种新型的高能燃料。Al是高能量密度的物质,燃烧能够放出大量的热,因此国内外研究人员将Al加入到固体推进剂中,对固体推进剂的性能进行改善。Al还能与水发生反应,产生的气体的温度能够高达1333k,基于这一特性,可以将Al与Mg等金属与水组成一个反应体系,制成水下燃料电池。

刘向凌[1]在DB/AP燃烧剂中加入了Al,研究Al对DB/AP燃烧剂的燃烧性能的影响,Al能够促进AP高温段的反应,在DB含量为50%时,Al能够部分替代AP。77886

崔海洋等人[2]以Al为基体,添加Mg、Ga制成合金,研究合金与水反应的活性和速率。添加Mg、Ga后,反应活性明显提高,在常温下就能与水发生反应,并且反应速率明显加快。

Al与其他金属如Ni、Co等发生反应时也能放出大量的热量。将这类金属压成药柱后,在外界能量的激发下能够发生合金化反应,金属间发生反应产生大量的热量,这对燃料而言是十分有利的,因此这类金属燃料也成为了现今国内外铝基金属燃料研究的重点之一[3,4]。

目前国内外对Ni-Al、Co-Al等铝基金属燃料进行研究的实验方法通常为:将铝基金属燃料在一定压力下压成一定直径的药柱,论文网在氩气或氮气等惰性气体的环境下,引燃药柱,测试药柱的燃烧温度、燃烧时间等燃烧性能。其中,引燃药柱的方法有两种,一种是将药柱放置在热炉之中,热炉整体升温,使得整个药柱一起燃烧,这种点燃药柱的的方法称之为热爆;一种是将点火线圈或电火花等加在药柱的一端,引燃药柱,使得反应从药柱的一端进行,这种点燃药柱的方法是自蔓延高温合成(SHS)法 [5] 。其中SHS法工艺简单,并且可以使得药柱的燃烧能够自持进行,目前研究的较多[6,7]。

A。S。 Rogachev等人[8]对Ni:Al=1:1的体系进行了研究,当使用热丝进行点火时,点火时间是最短的,使用高速摄影,SEM和TEM等方式揭示了Ni-Al的反应过程:温度达到Al的熔点后,熔化的Al向Ni相扩散,发生金属间的化学反应,放出热量,反应以燃烧波的形式传递到整个药柱。

通过改变铝基金属燃料的粒度、药柱直径等条件,能够使得铝基金属燃料的燃烧性能发生改变。

C。L。 Yeh等人[9]对Ni:Al=3:1体系进行了研究,通过改变Ni的粒度来研究金属燃料的燃烧性能的变化。Ni的粒度为3-7μm的金属燃料比Ni的粒度为45μm的金属燃料的燃速快,Ni的粒度为3-7μm时,活化能为92kJ/mol,Ni的粒度为45μm时,活化能为98kJ/mol,减低Ni的粒度能够降低活化能,反应更容易进行。

点火过程在SHS反应中也是十分重要的,通过对点火过程建立数据模型,可在理论上对铝基金属燃料发生反应的难易程度进行判断。

傅正义等人[10]建立了一个分析无气相的SHS点火过程的模型,提出 “着火温度”是判断反应是否能够持续进行下去的标准,基于热力学原理,导出了一个简单、直观的点火过程方程。并且通过改变TiB2和NiAl两类典型材料的燃烧合成条件,如点火源的温度、药柱的直径、密度等,研究燃烧性能的变化,对点火方程及其物理意义进行了分析和验证,这个模型能够对实验现象做出一定的预测与分析。

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