为提高铝锂合金(Al-Li)的稳定性,分别使用自制多羟基聚酯(PL)和聚多巴胺对其进行表面包覆处理,制得Al-Li@PL和Al-Li@PDA; 利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪对其形貌结构进行表征,并对界面作用机理进行了探讨。通过干燥器平衡法考察了Al-Li@PL和Al-Li@PDA的湿热稳定性; 使用氧弹量热法和热重-差式扫描量热法对样品进行了热分析测试,并采用非等温热分解动力学法评价了样品与1,2,4-丁三醇硝酸酯(BTTN)的相容性。结果表明,良好的粘附效果与官能团(羟基、羧基、氨基)是形成稳定包覆层的关键因素,Al-Li、Al-Li@PL和Al-Li@PDA的燃烧热值分别为30957、30852和30589J/g,包覆后热值损耗率低于1%,氧化放热模式基本未发生改变,最高氧化放热峰分别后移13℃与2℃; Al-Li@PL和Al-Li@PDA均不与80℃水发生剧烈反应,75%湿度下30天吸湿增重率由177.42%分别降至5.32%和2.58%,与BTTN的相容性从5级提升至1级。

为了研究微波点火对Ti/CuO点火燃烧性能的影响,采用静电喷雾法制备了氧燃比(Ф)为1～3的Ti/CuO复合微球,获得了Ti/CuO的敞开体系中的微波点火延迟时间和微管内燃速、密闭体系中恒容燃烧的增压速率随氧燃比的变化规律,通过燃烧图像RGB比色法计算得到其微波点火和热点火的火焰温度分布图。结果表明,Ti/CuO点火燃烧特性随Ф的增大先增大后减小,当Ф=2.5时,微波点火延迟时间最短(120ms),峰值压力最大(412.76±28.74kPa),微管内燃速最大为2.38m/s; 并且Ti/CuO微波点火火焰温度(1500～2000℃)和火焰面积显著大于热点火火焰温度(1200～1600℃),这主要是因为微波强电磁场加热未反应凝聚相和电离燃烧气体产物并产生高温等离子体,提高了凝聚相热效应和火焰热辐射,增强了燃烧性能。

为提高铝镁硼合金粉在含能材料应用中的反应效率,以氟橡胶F₂₆₀₃作为包覆物,采用溶剂蒸发法制备了含有不同氟橡胶含量的铝镁硼合金/氟橡胶复合材料,并采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、同步热分析TG-DSC、氧弹量热仪对改性复合粒子的粒度、形貌、热性能和燃烧性能进行了表征和测试。结果表明,制备得到的复合材料包覆度较高; 通过TG-DSC测试发现氟橡胶包覆引入的F原子对合金粉有明显的助燃作用,F₂₆₀₃与铝镁硼合金粉质量配比为3:20的铝镁硼合金/氟橡胶复合材料主放热峰比原料铝镁硼合金粉提前了164℃; F₂₆₀₃与铝镁硼合金粉间的质量配比为2:20时,得到的改性复合粒子的粒度均匀性和放热性能最好,其中值粒径为77.310μm,燃烧热达到了24.290kJ/g。

为了提高硼的燃烧效率,采用溶胀-吸附-溶解团聚-成球法制备了n-B/n-Ti/NC三元球形团聚颗粒。采用SEM和DSC对颗粒的微观结构特征及热稳定性进行了表征,并通过激光点火系统对其燃烧特性进行了研究。结果表明,在团聚颗粒制备过程中,n-B和n-Ti可被吸附进入溶胀的NC毛细管中,从而形成以NC为团聚材料、n-Ti为助燃剂、n-B为高能燃烧剂,元素均匀分布、密实度高、成球率高的三元球形团聚颗粒; 当NC、n-Ti和n-B的质量分数分别为17%、8%和75%时,团聚颗粒具有最短的点火延迟期(3.42ms)和燃烧时间(8ms); 团聚颗粒各组分的相容性较好,具有较强的热稳定性。

为了提高硼的燃烧效率,采用溶胀-吸附-溶解团聚-成球法制备了n-B/n-Ti/NC三元球形团聚颗粒。采用SEM和DSC对颗粒的微观结构特征及热稳定性进行了表征,并通过激光点火系统对其燃烧特性进行了研究。结果表明,在团聚颗粒制备过程中,n-B和n-Ti可被吸附进入溶胀的NC毛细管中,从而形成以NC为团聚材料、n-Ti为助燃剂、n-B为高能燃烧剂,元素均匀分布、密实度高、成球率高的三元球形团聚颗粒; 当NC、n-Ti和n-B的质量分数分别为17%、8%和75%时,团聚颗粒具有最短的点火延迟期(3.42ms)和燃烧时间(8ms); 团聚颗粒各组分的相容性较好,具有较强的热稳定性。

为了研究N b₁Zr₂Ti₁W₂难熔高熵合金的冲击释能与破碎行为,利用准密闭反应罐提供弹靶相互作用过程中动态能量释放测试的试验方法,并结合高速摄影、SEM和XRD等技术手段,对冲击释能过程、动态破碎规律等进行了分析,建立了碎片累积质量分布模型,研究了N b₁Zr₂Ti₁W₂高熵合金材料的冲击诱发能量释放特性。结果表明,N b₁Zr₂Ti₁W₂在高速冲击载荷作用下产生“类爆轰”的释能效应,主要是Zr元素的氧化反应,释放了大量化学能; 5.07g合金材料在1631m/s速度下可在32.7L准密闭容器内产生0.176MPa超压; 碎片分布遵循幂次律规律,碎片尺寸与释能密切相关。

为降低固体推进剂的特征信号,在保持配方总固体质量分数为84%的情况下,铝粉质量分数由16%逐步减少到4%,进行激光点火燃烧试验和凝相燃烧产物分析,得到了金属铝含量对推进剂燃烧特性的影响规律。结果表明,随着铝含量的逐步减少,丁羟复合固体推进剂整体燃烧稳定性减弱、火焰震荡幅度增大、点火延迟时间增大、线性燃烧时间变长、燃烧温度降低。随着铝含量的减少,燃面处的铝团聚由常规的“熔融铝团聚球”逐渐向“薄片状”发展,经超声后进行粒度分析可知大颗粒团聚体的尺度和数量均呈减少趋势。且燃烧效率随着铝含量的增加呈现先增后降的趋势,在铝粉质量分数8%时最佳,燃烧效率高达88.1%。

针对声共振技术产业化和工程应用带来的技术挑战,从声共振混合技术(RAM)在材料制备领域的总体应用情况出发,综述了其应用效果、效率、安全性及其影响因素等的研究现状,并对未来的重点研究方向进行了展望。指出声共振混合技术不仅能够应用于单纯的混合以实现物质组分均匀分散,还因其对被混物料之间的高效界面接触优势而可以应用于化学反应、共晶、表面处理等方面; 在其适用的领域,最大效率甚至可以较传统工艺提升达到几百倍,且几乎无放大效应,优势明显; 并且,因为其无桨弱剪切特性,相比捏合机、螺杆、球磨机等有桨工艺方式,对物料的结构完整性保持更好,有助于高危高敏感物料的加工处理。目前的研究多集中于实验室级别且在部分工艺现象上缺乏统一的机制认知,未来需在工艺机制、工艺放大、综合效能等方面继续开展深入研究,以加快声共振混合技术的工程化应用进程。附

为了解决传统工艺制备硝酸异丙酯(IPN)存在的反应过程不易控制、反应温度过高及收率低等问题,采用心型微通道反应器,以异丙醇为原料、二氯甲烷为溶剂,经发烟硝酸和乙酸酐的作用合成了硝酸异丙酯(IPN); 考察了异丙醇、发烟硝酸和乙酸酐摩尔比、发烟硝酸质量分数、总流速、反应温度等因素对硝化反应的影响。结果表明,在温度10℃,总流速60mL/min,发烟硝酸质量分数98%,异丙醇、发烟硝酸和乙酸酐的摩尔比1:1.2:0.9,异丙醇和二氯甲烷质量比1:1的条件下,转化率可达99.83%。建立了均相IPN硝化反应动力学模型,拟合得到活化能为37.05kJ/mol,指前因子为4.93×10⁴L/(mol·s)。

以乙烯-丙烯酸乙酯共聚物基热塑性弹性体(EEA)为基体、铝粉和高氯酸铵为含能固体填料,采用声共振混合(RAM)制备了固体含量为86.5%的热塑性复合固体推进剂; 利用流变学方法测定了热塑性黏合剂/推进剂的流变参数,系统研究了热塑性黏合剂和热塑性推进剂的流变性能,包括表观黏度、模量、触变性、应变扫描、频率扫描、温度扫描和时间扫描等。结果表明,所制备的推进剂具有良好的成型性能和流平性能; EEA基热塑性推进剂具有明显的触变性,其表观黏度随剪切速率的增加而降低,呈现出明显的假塑性流体特性; EEA基热塑性推进剂的黏弹性具有明显的频率和温度依赖性,在低频时表现出第二平台,在高温下表现为固-液转变; 与热固性推进剂不同的是,热塑性推进剂药浆的模量和黏度随时间基本保持不变。

基于燃气与固体燃料的耦合传热,建立了固液混合发动机燃烧室内流场数值计算模型,以聚乙烯(PE)为燃料、氧气为氧化剂研究了氧气旋流强度、氧气流强和燃烧室压强对燃烧效率的影响。结果表明,氧气直流喷注时,火焰距离燃面较远且后燃烧室中气相反应集中在氧含量较高的轴线附近,使后燃烧室凹腔存在较多燃料残留,导致发动机燃烧效率较低; 喷注器旋流数大于0.2后,旋流喷注可显著强化气相掺混,当旋流数由0.167增大到0.444时,燃烧效率可提高5.25%; 氧气入口流强每增加25kg/(m²·s),燃烧效率以约1.1%的幅度提升; 燃烧室压强对发动机燃烧效率和燃面退移速率的影响均较小。

基于燃气与固体燃料的耦合传热,建立了固液混合发动机燃烧室内流场数值计算模型,以聚乙烯(PE)为燃料、氧气为氧化剂研究了氧气旋流强度、氧气流强和燃烧室压强对燃烧效率的影响。结果表明,氧气直流喷注时,火焰距离燃面较远且后燃烧室中气相反应集中在氧含量较高的轴线附近,使后燃烧室凹腔存在较多燃料残留,导致发动机燃烧效率较低; 喷注器旋流数大于0.2后,旋流喷注可显著强化气相掺混,当旋流数由0.167增大到0.444时,燃烧效率可提高5.25%; 氧气入口流强每增加25kg/(m²·s),燃烧效率以约1.1%的幅度提升; 燃烧室压强对发动机燃烧效率和燃面退移速率的影响均较小。

为准确评估高速破片撞击下弹药装药的反应等级,基于高速破片加载装置,利用光子多普勒测速仪(PDV)、高速摄影、冲击波超压、自短路电探针等测试技术,以一种HMX基装药(PBX-8)为试验对象,结合静爆试验,对不同撞击条件下的装药反应等级进行了试验研究。结果表明,无反应等级与燃烧等级评估以装药反应过程宏观图像及剩余残骸情况为主进行定性评估,对于爆燃、爆炸与爆轰等级,可采用基于冲击波超压、壳体膨胀速度及反应时间等量化参量获得的反应烈度量化值进行准确评估,其中爆燃与爆炸反应等级反应烈度量化值存在量级差异。在相同的撞击速度条件下,破片撞击弹药装药位置的不同可影响装药的最终反应烈度。