几种典型储氢材料的热解、点火及燃烧特性研究

发布时间：2020-09-30 01:21

　　储氢材料可作为固体火箭推进剂的燃料组分或添加剂,能有效提高固体火箭推进剂的能量水平而被广泛研究。但储氢材料自身的点火及燃烧特性还未被完整揭示。本文搭建了基于激光辐射点火的储氢材料点火实验系统,开展了几种典型储氢材料的激光点火及燃烧实验,分析其点火及燃烧过程中的最低点火功率、点火延迟时间、快速升温速率和表面的温度分布、燃烧火焰颜色和结构、火焰演变过程及燃烧机理等。本文研究的内容包括:(1)金属氢化物的点火及燃烧特性研究。采用激光点火技术,分别对在常温常压自然对流条件下的Al H3和Mg H2两种金属氢化物进行点火实验。其中Al H3的实验结果表明:氢化铝受激光加热作用后发生分解,首先释放的氢气着火燃烧呈现淡蓝色火焰,析出的铝单质被激光和气相火焰加热融化,熔融过程中温度基本保持不变;随后铝颗粒升温气化被点燃,分散在氢气火焰中燃烧,出现棕红色火焰;最后在光泳力作用下,样品远离激光并发生淬熄。当激光点火功率密度提高时,氢化铝的点火延迟时间减小。Mg H2的实验结果表明:在激光作用下其燃烧过程包括受热分解、氢气燃烧、镁单质燃烧和淬熄等阶段。氢化镁在激光作用下快速升温并分解出氢气和镁单质,氢气燃烧呈现淡蓝色火焰,镁单质同时融化;熔融态的镁单质在激光辐射和氢气燃烧热反馈共同作用下发生气化,产生的内应力使粉末发生破碎;同时,气态镁在接触氧气后发生气相反应,出现爆燃,并产生黄色火焰。随着激光点火功率密度的提高,氢化镁的点火延迟时间缩短,且越快发生爆燃,爆燃的次数也越多。(2)配位氢化物的点火及燃烧特性研究。对已制备的乙二胺铝硼氢化物Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)进行激光点火燃烧实验,并结合热解特性分析可知:Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)点的火延迟时间非常短,约为2.0ms,最小点火能量约0.3~0.5 m J;Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)的燃烧过程经历了脱氢、氢气与杂质燃烧和脱氢骨架燃烧三个连续阶段;其燃烧产物主要包括CO2和H2O,不含NO2。(3)硼烷类储氢材料的点火及燃烧特性研究。对一、二、三甲基胺硼烷进行激光点火实验,实验结果表明:二甲基胺硼烷不易着火,一、三甲基胺硼烷点火及燃烧过程相似,均包括受热分解、气相着火、扩散燃烧和淬熄等阶段;甲基胺硼烷受热分解并发生气相着火,在自然对流作用下,燃烧变得剧烈,火焰锋面向外扩展;随着材料的消耗殆尽,燃烧停止。一甲基胺硼烷的燃烧过程中出现蓝色火焰,相对于三甲基胺硼烷,一甲基胺硼烷燃烧过程更稳定。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

SEM图,样品,乙醚,乙醚络合物

杭州电子科技大学硕士学位论文反应方程式如下：3LiAlH4+AlCl3+Et2O(l)→4AIH3·nEt2O+3LiCl↓ 反应结束后，将溶液过滤，除去溶剂，得到白色的 AlH3乙醚络合物络合物在 70℃下真空干燥 6 小时，以除去 AIH3·nEt2O 中络合的乙醚。方程式见下列反应式：AIH3·nEt2O→AlH3+Et2O↑ 热处理完成后，用乙醚清洗除去助剂得到白色的 AlH3固体。图 2.1 为 AlH3样品的 SEM 图片。可以看出样品颗粒具有较规则的结面平滑，边界清晰。

曲线,样品,氢化铝,失重

图 2.2 AlH3样品 XRD 图铝的热解特性铝样品的热解性能通过 TG 同步热分析仪来进行测量，测试在温度范围为 0-800℃，样品的升温速率定为 20℃/min。图 2.果。可以看出，TG 曲线在 80℃左右开始迅速下降，达到 17点，此时样品共失重 10.5 wt.%，说明该阶段氢化铝发生分解的失重超过氢化铝的理论氢含量，分析其原因，认为是氢化铝醚溶剂未脱除，所以，该阶段除了发生氢化铝分解反应外，还。随后，TG 曲线开始上升，上升幅度较小，当样品增重 0.现有一定波动，主要是氢化铝及分解出的铝单质发生了氧化化物覆盖在未反应的氢化铝表面，阻碍了铝单质与气相的接触当温度高于 363℃时，曲线出现明显下降，样品失重 1.1 wt.生分解。在温度达到 565℃时，曲线迅速上升。此时氧化产物

示意图,热重,分析曲线,样品

图 2.3AlH3 样品在空气中热重（TG）分析曲线化铝的点火及燃烧测试系统点火和燃烧测试系统主要由红外激光器、光学系统、数据采集分组成。实验装置示意图如图 2.4 所示。

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