PDF《,武斌2,秦志桂 2,张庆明 1》

张松林,武斌,秦志桂,张庆明 文章编号:1

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4 1 (

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1 0 )

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6 2

0 5

2 A l / F e 2O3 铝热剂的点火温度 张松林1 ,

2 ,武斌2 ,秦志桂2 ,张庆明1 (

1 .

北京理工大学宇航科学技术学院,北京

1 0

0 0

8 1 ;

2 .西北核技术研究所,陕西 西安

7 1

0 0

2 4 ) 摘要:为确定

2 A l / F e 2O3 铝热剂的点火温度, 对铝粉重量、 电阻和形貌随温度变化的特性进行了实验观测, 用均匀体系热爆炸理 论计算了铝热剂球的临界点火温度并通过实验检验.结果表明, 对于粒径约

3 0μ m 的铝热剂, 温度超过铝的熔点(

9 3 3K ) 时铝粉 氧化膜胀裂, 流出的铝液铺展到邻近的氧化铁粉表面;

点火温度约

1 6

0 0K , 低于氧化铁分解点(

1 7

3 0K ) , 点火前化学反应为液 固 相型;

点火温度与铝热剂球的体积无明显关系, 均匀体系热爆炸理论不适用. 关键词:应用化学;

铝粉;

氧化铁粉;

铝热剂;

氧化膜失效;

点火温度 中图分类号:T J

5 5 ;

O6

9 文献标识码:A DOI :1

0 .

3 9

6 9 / j . i s s n .

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4 1 .

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1 0 .

0 2 .

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9 收稿日期:2

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0 5

2 5 ;

修回日期:2

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1 0

2 1 作者简介:张松林(

1 9

6 3-) , 博士, 高级工程师, 研究方向为有毒废物 的自蔓延高温合成.e ma i l :s l z h a n g

0 @1

6 3 . c o m

1 引言2Al/Fe2O3 铝热剂广泛应用于铁轨焊接[ 1-

2 ] 、 复 合陶瓷管制备[

3 ] 和放射性废物固化[

4 ] 等领域, 可由电 热丝、 激光、 冲击波等加热而点火[

1 ,

5 ] .在铝热剂的安 全储存和使用、 点火器设计、 冲击波点火阈值的确定过 程中, 都需要知道其点火温度. 铝粉表面有一层极薄的致密氧化层( 熔点

2 3

2 7K ) , 保护着活性铝.保护膜使含铝可燃体系的点火温度差别 悬殊.对气体氧化剂中铝的点火温度, 有些研究[ 6-

8 ] 认为, 氧化膜熔化前对铝液有很强的保护作用, 化学反应可 以忽略, 熔化时保护功能突然失效而引起点火, 点火温度 约为氧化膜的熔点;

R o s e n b a n d [

9 ] 在理论和实验研究后 指出, 铝熔化时氧化膜胀裂并点火, 点火温度约为铝的熔 点( T m, A l=

9 3 3K ) ;

另一些研究[

6 ,

1 0-

1 1 ] 认为, 点火温度可 能是氧化膜熔点或铝的熔点, 取决于氧化膜厚度、 氧化剂 强弱、 气流强度等因素;

还有学者[

6 ] 认为氧化膜具有扩散 性, 氧气可通过扩散与铝反应, 点火温度由热爆炸理论确 定因而并非定值.对铝热剂粉末的点火温度, 高翔[

2 ] 认为,

2 A l / F e

2 O3 体系的点火温度为

1 5

0 0K ;

B a z y n等[

1 2 ] 研 究表 明, 纳米2Al/Fe2O3 体系冲击波点火温度为1400~

1 8

0 0K ;

有些研究[

5 ,

1 3 ] 忽略氧化膜的作用,直接 用Arrhenius方程描述铝热剂反应速度, 根据热爆炸理论 计算

2 A l / F e

2 O3 铝热剂的临界点火温度与体积的关系[

5 ] ;

Mo o r e [

1 4 ] 在研究

2 A l / Mo

2 O3 体系后指出, 点火前 固体氧化剂要发生相变, 氧化钼的升华温度为

1 0

4 3K , 体 系点火温度约

1 3

0 0K . 可见, 含铝可燃体系的点火温度分散度很大(933~

2 3

2 7K ) , 取决于研究对象的具体物理、 化学和 结构等特性, 目前没有普遍接受的可信计算方法.这 给实际应用带来了很大困难. 本工作主要针对微米级