【摘 要】
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单质铝和硼粉作为金属燃料被广泛应用于固体推进剂及火炸药领域,但两种燃料都具有燃烧不完全的缺点,为改善其燃烧性能,本论文通过制备Al-B合金粉末并添加活泼金属元素Eu、Li来提高合金燃料的燃烧效率,比较研究了B含量、氧分压对系列合金燃料热性能的影响。本文采用非自耗电弧熔炼技术和惰性气体雾化法制备了Al-B、Al-B-Eu以及Al-B-Eu-Li三个系列合金粉末,所有粉末均具有良好的球形度和分散性。采
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单质铝和硼粉作为金属燃料被广泛应用于固体推进剂及火炸药领域,但两种燃料都具有燃烧不完全的缺点,为改善其燃烧性能,本论文通过制备Al-B合金粉末并添加活泼金属元素Eu、Li来提高合金燃料的燃烧效率,比较研究了B含量、氧分压对系列合金燃料热性能的影响。本文采用非自耗电弧熔炼技术和惰性气体雾化法制备了Al-B、Al-B-Eu以及Al-B-Eu-Li三个系列合金粉末,所有粉末均具有良好的球形度和分散性。采用XRD和SEM技术对三个系列合金粉的物相组成及微观形貌进行了分析表征,通过TG-DTA测试了合金粉的热氧化特性,用氧弹量热法对合金粉末的燃烧特性进行了测量。研究表明,AlB2金属间化合物在Al-B合金内部呈现细枝晶状分布。所有Al-B合金粉末的起始氧化温度均低于单质铝粉。随着B含量升高,Al-B合金粉末的热氧化总增重与总放热量增加。氧弹燃烧实验表明合金粉末的燃烧热也随B含量的升高而逐渐上升。但Al-B合金的燃烧产物仍检测到了可燃烧的单质铝,燃烧不充分。为了改善Al-B合金的燃烧性能,本文在合金中添加了具有助燃作用的活泼金属元素Eu、Li。研究发现Al-B-3Eu合金颗粒表面呈现网状缝隙结构。Al-3.5B-3Eu在1110°C下发生剧烈的氧化放热现象,增重效率为53.66%。当Eu含量不变时,随着B质量分数增加,Al-B-Eu合金粉末的燃烧热先增后减。Al-3.5B-3Eu三元合金粉末在3.0 MPa氧分压下的燃烧放热呈现最大值。在Al4Eu和B6Eu两种金属间化合物的协同作用下,Al-3.5B-3Eu合金粉末内形成一种特殊的网状金相结构,此金属间化合物的优先氧化膨胀导致燃料颗粒在燃烧过程中产生崩裂现象,使得Al-3.5B-3Eu合金粉末相对于Al-B合金燃烧更加剧烈和充分。Al-B-Li-Eu合金颗粒表面光滑且球形度较高,呈现微纳网状晶界结构。Al-B-Li-Eu在1036°C下发生强烈氧化放热现象。Al-B-Li-Eu合金粉末的燃烧热随氧分压上升而增加,在高压下燃烧完全。燃烧过程中,晶界优先氧化被消耗,在表面形成多孔结构,有利于氧向颗粒内部扩散,加速了颗粒的燃烧速度,产物呈现多孔状壳层结构。综上所述,气雾法制备的Al-B、Al-B-Eu以及Al-B-Eu-Li三个系列合金粉末与单质Al粉相比,均具有更优异的氧化和燃烧性能,为研制高活性含硼合金燃料提供了新的设计思路。
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