铜基烟幕干扰材料抗氧化技术及红外消光性能研究

发布时间：2020-07-30 19:23

【摘要】：微米级铜粉在空气中与水气长时间接触,极易发生氧化反应。针对铜粉易氧化的缺点,本文研究了铜金粉的表面改性技术,分别采用正硅酸乙酯(TEOS)、硅烷偶联剂(KH-550)作为包覆材料,在高水硅比、较高温度的条件下发生水解缩聚反应,最终制得TEOS和KH-550改性铜金粉。经分析,改性后的铜金粉抗氧化性有所提高。其中,TEOS改性铜金粉的放热峰温由332.2℃降低到330.1℃,增重率由16.5%降低到13.7%,其红外消光能力有所下降。为了进一步提高铜金粉的抗氧化性,本文研究了堇青石基红外陶瓷材料的制备技术,以硝酸镁、硝酸铝、正硅酸乙酯为主体,在高水硅比条件下发生聚合反应,期间添加Ni、Bi等元素的离子态产物,制得堇青石及其元素掺杂物。同时,以轻质氧化镁、氧化铝、二氧化硅为主体,在250～300r/min的球磨速度下发生固相反应,制得堇青石样品。通过分析,堇青石的红外吸收峰集中在远红外区间(8～14μn),其热稳定的区间在400℃以上,在1000℃附近开始发生晶型转变。其次,研究了铜金粉及其堇青石复配物的抗氧化性及红外消光性能。通过TG-DTA方法,测得铜金粉、铜基复配物(Ni掺杂)的氧化起始温度分别在290℃、320℃,两者首个放热峰峰温(Tm)由166℃变为320℃。采用薄膜法、烟箱法测试各种铜基材料的红外光谱数据,依据干扰材料面密度(m/S)、平均透过率(T)等数据,算出各样品的质量消光系数(α)。在3～5μm,烟箱法测得铜金粉及其复配物的消光系数为0.29～0.34m2·g-1和0.23～0.32m2·g-1,在8～14μm,测得的质量消光系数均为0.02m2·g-1。针对铜基烟幕材料空间分散的问题,本文采用自行设计的气动喷撒试验装置,研究不同喷口压强(p)下烟幕粒子的撞击成烟特性。试验结果表明,喷口压强为0.02MPa时,单喷嘴烟幕的扩张角为10°～15°,而双喷嘴撞击烟幕为56°～66°。双喷嘴烟幕射流的烟幕遮蔽效果更好,其最大面密度(Mmax)随着时间(t)的增加而增加,随着喷口压强(p)的增加而减小。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

照片,铜金粉,改性物,扫描电镜

２．２．１表观形貌分析逡逑为了观察改性前后铜金粉的形貌特征，使用扫描电镜对铜金粉及其改性物进行拍照，逡逑结果如图２．邋１所不：逡逑ｍＷＭＭ逡逑ａ）铜金粉（１＃）逦ｂ）邋ＴＥＯＳ改性铜金粉（２＃）邋ｃ）邋ＫＨ－５５０改性铜金粉（３＃）逡逑图２．１铜金粉及其改性物的扫描电镜（ＳＥＭ）照片逡逑图２．邋ｌａ中，铜金粉颗粒的表面清洁无包覆物质，粒子的平均粒径约ｌ0ｎｍ，团聚现逡逑象明显并且颗粒多以重叠的方式聚集，颗粒间夹角接近于0°。根据Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ邋２０００型逡逑激光粒度仪的测试结果，原料铜金粉颗粒的中值粒径（Ｄ５ＣＩ）为８．５６Ｍｍ，图２．邋ｌａ的显示结逡逑１１逡逑

红外光谱图,铜金粉,改性物,红外光谱图

红外光谱曲线。铜金粉的红外光谱曲线在１１３８0１＾、１１２３ＣＩＴＴ１和１０７０ＣＩＴＴ１处有微弱的吸逡逑收峰，而改性物相近位置处吸收峰的相对强度明显增大。由于Ｓｉ－０键在此处有强烈的逡逑红外吸收峰（如图２．２所示），基本可以确定铜金粉的改性物中含有Ｓｉ－０键的物质。逡逑分析认为在碱性条件下，ＴＥ０Ｓ或ＫＨ－５５０的分子与水反应，分子中部分硅乙氧基逡逑（－Ｓｉ－ＯＣ２Ｈ５）发生水解而最终变为硅醇（－Ｓｉ－ＯＨ）。一部分硅醇和粉末表面的羟基脱水缩合，逡逑另一部分硅醇与其它分子的羟基脱水缩合而形成多聚体。由于发生了这些化学反应，铜逡逑金粉的颗粒表面会包覆一层Ｓｉ－０－Ｓｉ聚合物膜。在膜形成的过程中，铜金粉颗粒的排列逡逑顺序被打乱，颗粒的夹角分布范围更广（如图２．邋ｌｂ、图２．１ｃ所示）。颗粒表面Ｓｉ－０－Ｓｉ逡逑聚合物膜形成后，多个独立颗粒也会因Ｓｉ－０键的作用而重新连接，最终导致改性物中逡逑出现了大颗粒的粒子。逡逑２．２．３热稳定性分析逡逑为了表征铜金粉及其改性物的抗氧化性，采用热分析的方法，其热重（ＴＧ）曲线、微逡逑商热重（ＤＴＧ）曲线、差热分析（ＤＴＡ）曲线分别如图２．邋４ａ、图２．邋４ｂ、图２．邋４ｃ所示

铜金粉,改性物,微商热重曲线,热曲线

Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ／ｃｍ＊１逡逑图２．邋３铜金粉及其改性物的红外光谱图逡逑图２．邋３中，各条曲线分别对应铜金粉、ＴＥ０Ｓ改性铜金粉和ＫＨ－５５０改性铜金粉的逡逑红外光谱曲线。铜金粉的红外光谱曲线在１１３８0１＾、１１２３ＣＩＴＴ１和１０７０ＣＩＴＴ１处有微弱的吸逡逑收峰，而改性物相近位置处吸收峰的相对强度明显增大。由于Ｓｉ－０键在此处有强烈的逡逑红外吸收峰（如图２．２所示），基本可以确定铜金粉的改性物中含有Ｓｉ－０键的物质。逡逑分析认为在碱性条件下，ＴＥ０Ｓ或ＫＨ－５５０的分子与水反应，分子中部分硅乙氧基逡逑（－Ｓｉ－ＯＣ２Ｈ５）发生水解而最终变为硅醇（－Ｓｉ－ＯＨ）。一部分硅醇和粉末表面的羟基脱水缩合，逡逑另一部分硅醇与其它分子的羟基脱水缩合而形成多聚体。由于发生了这些化学反应，铜逡逑金粉的颗粒表面会包覆一层Ｓｉ－０－Ｓｉ聚合物膜。在膜形成的过程中，铜金粉颗粒的排列逡逑顺序被打乱

【参考文献】