鋁熱反應性材料的冷凍球磨制備及其熱性能.pdf

1、鋁熱反應性材料一般是由Al粉與氧化性較強的金屬或非金屬氧化物混合而成，在受到熱或機械力引發(fā)后能發(fā)生非常劇烈的氧化還原反應并放出大量的熱。鋁熱反應性材料具有能量密度高、質量密度大、力學敏感度和熱感度低、配方靈活等優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)、國防等領域。采用常規(guī)的反應抑制球磨技術制備鋁熱反應性材料時，Al粉的活性低并且與氧化劑的結合程度較低，導致鋁熱反應的起始溫度較高、反應速度慢、放熱量低，在實際應用中受限制。本課題旨在利用改進的反應抑制球磨技

2、術，即冷凍球磨技術，制備出反應起始溫度更低、反應放熱量更大的鋁熱反應性材料。
　　 本課題首先利用冷凍球磨技術在不同的球磨時間下制備Al/Fe2O3鋁熱反應性材料，利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等方法研究冷凍球磨過程中Al/Fe2O3混合粉末的組織結構變化、顆粒細化及分散情況，采用差示掃描量熱法(DSC)研究冷凍球磨產(chǎn)物的熱性能，揭示了冷凍球磨粉末的物相、微觀形貌與熱性能之間的關系;將上述結果與常規(guī)的室溫球磨的結果

3、對比，探索球磨溫度對球磨過程的影響，研究球磨產(chǎn)物的性能差異;最后，對冷凍球磨的樣品進行反應動力學研究，分析Al/Fe2O3鋁熱反應過程的反應機理。根據(jù)以上研究結果確定冷凍球磨的最佳時間，在該時間下分別進行冷凍球磨和室溫球磨，制備Al/MnO2和Al/V2O5兩種鋁熱反應性材料，利用XRD、SEM、DSC等手段分析球磨產(chǎn)物的物相、微觀形貌和熱性能，并對冷凍球磨樣品進行反應動力學分析，研究各樣品發(fā)生鋁熱反應的機理。
　　 研究結果表

4、明，隨著冷凍球磨時間的延長，Al/Fe2O3樣品的晶粒和顆粒尺寸逐漸減小，發(fā)生鋁熱反應的起始溫度降低，反應放熱量顯著增大，當冷凍球磨時間延長到60min后，樣品在機械力作用下誘發(fā)自蔓延反應。與室溫球磨結果相比，冷凍球磨能夠大幅提高球磨效率，在更短的時間內得到更細小的晶粒和分散更均勻的粉體，并且其粉體發(fā)生鋁熱反應的起始溫度降低，放熱量顯著提高。對冷凍球磨得到的Al/Fe2O3樣品進行反應動力學分析，表明該樣品發(fā)生鋁熱反應主要分三步進行，F(xiàn)

5、e2O3被逐步還原為Fe3O4、FeO和Fe。
　　 Al/MnO2樣品在冷凍球磨和室溫球磨20min后均未引發(fā)反應，但球磨產(chǎn)物的形貌和熱性能有較大差異。室溫球磨樣品呈尺寸不均勻的球狀顆粒，熱分析測試時反應過程簡單，放熱量很小;而冷凍球磨樣品呈粗大的板狀顆粒，在加熱過程中表現(xiàn)出復雜的MnO2分解過程和鋁熱反應過程，通過計算得到各反應的活化能。
　　 Al/V2O5樣品經(jīng)過室溫球磨20min過程中鋁熱反應被引發(fā)，產(chǎn)物顆粒粗