铝基非晶粉体制备及其含能应用研究

发布时间：2017-08-12 02:14

  本文关键词：铝基非晶粉体制备及其含能应用研究

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【摘要】：铝/聚四氟乙烯(PTFE)反应材料由于其高度的钝感、优异的冲击引发性能以及释能特性在军、民领域具有广泛的应用前景。尽管铝基非晶合金较弱的非晶形成能力限制了铝基非晶合金的广泛应用,铝基非晶远比普通铝基合金更偏离平衡态,因而具有更高的化学反应驱动力。本文拟将Al基非晶合金粉末引入Al/PTFE反应材料,即采用机械合金化的方法制备Al基非晶合金粉末,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、差示扫描量热法(DSC)等方法表征分析其制备过程;并将所制备的Al基非晶合金粉末与PTFE微米粉混合压制制备非平衡态Al/PTFE反应材料,分析其在TG-DSC条件下的能量释放行为与动力学行为。通过共晶点原则设计了Al70Ni15Ti10Zr5的合金组成,通过机械合金制备Al基非晶合金粉末,研究球磨参数对其非晶形成过程的影响,并分析非晶化机理。结果表明:在球磨转速400转/min,球料比30:1的条件下,球磨160h后获得了非晶程度较高的Al基非晶合金粉末。较低的球磨转速和较低的球料比均不利于非晶结构的形成。球磨过后的粉末中存在5nm左右的Al微晶岛状区域弥散分布在非晶基体当中。在氩气气氛下,升温速率为40K/min时Al基非晶合金粉末存在两个连续的晶化转变放热峰,峰值温度分别为413.5°C和445.7°C。非晶形成过程是通过间接反应形成的,即先形成纳米晶和固溶体,再转化为非晶态。通过模压法制备非平衡态Al/PTFE反应材料,研究测试气氛中氧气分压对其热行为的影响。结果表明:氧能够促进非平衡态Al/PTFE反应材料中PTFE的热分解,进而使得反应提前。当氧气分压由0%增加至20%时,非平衡态Al/PTFE反应材料的反应峰峰值温度从623.8°C提前至491.5°C。空气气氛下,非平衡态Al/PTFE反应材料的反应放热峰面积与纳米Al/PTFE反应材料的相当,但更加尖锐,显示出更强的反应活性。通过不同升温速率条件下线性升温测试,研究测试气氛中氧气分压对非平衡态Al/PTFE反应材料动力学行为的影响。结果表明:不同测试气氛中,反应峰峰值温度Tp与升温速率β之间均具有较好的线性关系。随着氧气分压从0%增加至20%,通过线性拟合外推的β为0K/min时的反应峰值温度从607.9°C降低至476.8°C;通过Kissinger法拟合计算的反应激活能从421.7kJ·mol~(-1)降低至308.5kJ·mol~(-1);通过Ozawa法拟合计算的反应激活能从436.1kJ·mol~(-1)降低至321.7kJ·mol~(-1)。
【关键词】：铝基合金 非晶 机械合金化 反应材料 聚四氟乙烯 反应动力学
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 非晶合金概述13-17
• 1.1.1 非晶合金的结构特征13-14
• 1.1.2 非晶结构的热力学基础14
• 1.1.3 非晶合金发展与研究现状14-15
• 1.1.4 非晶合金的性能及其应用15-16
• 1.1.5 Al基非晶合金的发展与研究现状16-17
• 1.1.6 Al基非晶合金的性能及其应用17
• 1.2 机械合金化17-20
• 1.2.1 机械合金化概述17-18
• 1.2.2 机械合金化制备非晶合金粉末原理18-20
• 1.3 氟聚物基反应材料20-23
• 1.3.1 反应材料概述20-21
• 1.3.2 PTFE基反应材料的发展与研究现状21-23
• 1.3.3 热分析技术在反应材料方面的应用23
• 1.4 本文的选题依据与研究内容23-25
• 第二章 实验方案25-30
• 2.1 实验原料25
• 2.2 仪器与设备25-26
• 2.3 研究方法与技术路线26-27
• 2.4 Al基非晶合金粉末制备27
• 2.4.1 合金成分设计27
• 2.4.2 机械合金化制备Al基非晶合金粉末27
• 2.5 样品的表征及性能测试27-30
• 第三章 Al基非晶合金粉末制备及其表征30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 确定合金体系及成分30-35
• 3.2.1 非晶合金成分设计原则30-31
• 3.2.2 共晶点原则设计Al基非晶合金组成31-35
• 3.3 机械合金化法制备Al基非晶合金粉末35-42
• 3.3.1 球磨参数对Al_(70)Ni_(15)Ti_(10)Zr_5混合粉末物相组成的影响35-40
• 3.3.2 球磨对Al_(70)Ni_(15)Ti_(10)Zr_5混合粉末微观形貌的影响40-41
• 3.3.3 Al基非晶合金粉末HRTEM分析41-42
• 3.3.4 Al基非晶合金粉末的热稳定性分析42
• 3.4 非晶化机理分析42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 非平衡态Al/PTFE反应材料制备及其热行为44-63
• 4.1 引言44
• 4.2 实验过程44-46
• 4.2.1 粉体的混合44
• 4.2.2 材料的成型44-45
• 4.2.3 热-质同步分析45-46
• 4.3 热分析-质谱同步分析46-58
• 4.3.1 0%氧气+100%氮气46-48
• 4.3.2 5%氧气+95%氮气48-51
• 4.3.3 10%氧气+90%氮气51-53
• 4.3.4 15%氧气+85%氮气53-56
• 4.3.5 20%氧气+80%氮气56-58
• 4.4 XRD分析58-59
• 4.5 对比与讨论59-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第五章 非平衡态Al/PTFE反应材料反应动力学63-76
• 5.1 引言63
• 5.2 经典热分析动力学方程63-64
• 5.2.1 Kissinger法63-64
• 5.2.2 Ozawa法64
• 5.3 测试气氛对动力学参数的影响64-75
• 5.3.1 0%氧气+100%氮气65-67
• 5.3.2 5%氧气+95%氮气67-69
• 5.3.3 10%氧气+90%氮气69-71
• 5.3.4 15%氧气+85%氮气71-73
• 5.3.5 20%氧气+80%氮气73-75
• 5.4 讨论75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 何丽蓉;肖乐勤;菅晓霞;周伟良;;n-Al/n-PTFE复合物的热行为[J];火炸药学报;2012年05期

2 彭飞;余道强;阳世清;蒋建平;娄建;王维明;;含能破片战斗部毁伤效应研究[J];含能材料;2011年04期

3 张宏闻;王建强;胡壮麒;;铝基非晶合金的研究与发展[J];材料导报;2001年12期

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本文编号：659288