高能贫氧推进剂用活性燃料的钝化技术研究(2)

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1.3本文研究内容

由上述可知，添加易燃金属是改善硼粉点火和燃烧特性的有效途径。但是各种对硼的处理方法都有一定的不足。目前国内外对于添加可燃金属粉末对硼进行活化的工艺主要是在硼颗粒中加入一定量的铝粉。本文拟选用性质更为活泼的铝锂合金粉对硼燃料进行活化改性，并对改性效果进行一系列测试研究。因铝锂合金中锂元素理化性质十分活泼，因此必须对铝锂合金进行钝化预处理，本文主要探究使其钝化的方法，设计出能够有效钝化铝锂合金粉的工艺，并制备出钝化后的铝锂合金粉，对钝化后的成品进行一系列测试与表征，测试钝化效果，最终测试其与硼燃料混合后对硼的改性效果。并对该方案的实用性进行讨论。

2 试验设计

2.1 活性物质的性能

铝锂合金粉为铝单质和锂单质在熔融状态下凝聚形成的混合物，目前国内外尚无对粉状铝锂合金性质的相关研究，因此其性质目前可部分参考铝及锂单质性质。

锂是密度最小的固体元素，其密度只有0.534 g/cm3.由于会与空气中的氧发生反应，纯氧气氛室温下锂表面会形成一层金黄色氧化膜，氧化膜会阻止内部金属反应。然而在大多气氛条件下，锂表面形成灰色疏松多孔表面层，这样气氛中的氮气，水，二氧化碳等成分就可以和它进行进一步反应，生成氮化锂（Li3N），一水合氢氧化锂（LiOH.H2O）和碳酸锂（Li2CO3）。因此对锂的加工必须在无水条件下进行。

Menzenhauer曾经研究过锂的燃烧特征[5]，在670-950K的温度下锂在空气中燃烧并释放氧化物（li2O）在空气中形成白烟。在温度高于1070K以后固态的锂可以在氮气中燃烧。在水存在的条件下，锂在氮气中的燃点会降低，因为水对氮化物的形成具有催化作用。100微米粒度的锂粒子在氮气氛围下660-680K是发生反应，同样粒度的粒子在二氧化碳条件下约600K即反应[7]。锂可以和一系列金属形成合金，这些金属包括铝，铋，硼，钙，铅，汞，硅，锶，铊以及锡[8,9]。锂金属通过电解熔融态氯化锂制得。作为一种碱金属元素，锂盐的物理性质很类似于镁盐，这种相似是因为他们具有很相近的粒子半径，而且具有成比例的电荷半径比。微小的锂离子具有很强大的极化能力，这就是其很容易水合的原因所在。因此锂盐都具有很强极化能力的阴离子，比如ClO4具有很轻的可溶性，也很容易形成水合物。一些重要的烟火化合物，诸如LiClO4 and LiNO3具有很强的吸湿性，在大多数气氛中都能潮解，他们往往形成三水化合物(LiX3·H2O, XNO3, ClO3, ClO4,MnO4, 等等)，在里面，锂离子与6摩尔水所结合[10]。因此，需要采取措施来防止锂盐在烟火组成里的潮解现象。

铝（Al）元素是元素周期表上第三周期，第三主族的元素，院子序号13，相对原子质量26.98，相对密度2.70，熔点660℃，沸点2327摄氏度，铝质轻且导电率高，传热性好。铝在地壳中含量丰富(8.3%），分布广泛。铝是活泼金属，在自然界中以多种化合物状态存在。铝在空气中会被氧化生成氧化铝失去光泽，在表面会形成厚度约为0.0001~0.0002mm的氧化铝（Al2O3）膜。铝具有两性，易溶于稀硫酸，硝酸等酸以及氢氧化钠等碱溶液，不溶于水。铝具有很强的还原性，能把许多金属氧化物（锰，铬，铁）中的氧原子夺走，并将其还原为单质金属。此外，铝粉对光和热的反射性能都较好，在空气中加热能猛烈燃烧并发出耀眼的白色火焰。铝粉除了作为一种金属燃料广泛用于烟火，推进剂，炸药外，还在化工制药，新能源，汽车，颜料，涂料等民用行业有着广泛应用。