鋁基核殼材料AP/Al的制備及性能研究

晏嘉偉,屈煒宸,杜 芳,李 磊,孫新零,林勵云,李毅恒,汪慧思,陶博文

(1.航天化學(xué)能源全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 襄陽 441003;2.湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所,湖北 襄陽 441003)

引 言

固體推進(jìn)劑是我國戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的主要動力源,其能量性能決定了導(dǎo)彈武器的射程及投射能力,因此,提高能量性能是固體推進(jìn)劑研究發(fā)展過程中一直追求的目標(biāo)。提高固體推進(jìn)劑能量主要有兩個途徑:(1)開發(fā)現(xiàn)有固體推進(jìn)劑含能組分替代物,采用新型高能量密度物質(zhì)[1-3];(2)進(jìn)一步提升固體推進(jìn)劑的化學(xué)能釋放效率[4-6]。含能材料能量性能的不斷提高伴隨著安全風(fēng)險的加劇[7-10],為了協(xié)調(diào)含能材料高能量與高安全的矛盾,提高現(xiàn)有含能材料的能量釋放效率成為提高其性能發(fā)揮的主要途徑之一[11]。

在固體推進(jìn)劑中加入微米級的鋁粉是提高推進(jìn)劑能量水平的常用手段,但微米級鋁粉在燃燒過程中易在燃面發(fā)生熔聯(lián)、團(tuán)聚形成熔滴[12-15],熔滴內(nèi)部的鋁無法充分氧化,嚴(yán)重制約鋁粉的燃燒效率。同時,燃燒不充分的鋁殘?jiān)鼤练e在發(fā)動機(jī)噴管與喉襯表面[16, 17],對發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。采用納米鋁粉替代微米鋁粉制備固體推進(jìn)劑,可縮短點(diǎn)火延滯期[18],明顯減少凝聚相燃燒產(chǎn)物和兩相流損失[16, 19],顯著提高固體推進(jìn)劑燃速[20]。但納米鋁粉極易團(tuán)聚[21],難以均勻分散到其他組分之中;同時納米鋁粉表面活性很高[22],其表面極易發(fā)生氧化而降低實(shí)際應(yīng)用效果。

提高微米鋁粉燃燒效率的另一種方式是將微米鋁粉和氧化劑精確組裝成微納復(fù)合材料。微納復(fù)合材料由于各組分之間在納米尺度結(jié)合,很大程度上促進(jìn)了材料的傳熱及傳質(zhì)過程,使體系的能量釋放速率和燃燒效率提高[23-25]。

研究者對微納復(fù)合材料進(jìn)行了廣泛研究,從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行劃分,核殼型微納復(fù)合材料又可分為“鋁核型”和“鋁殼型”含能材料。“鋁核型”微納復(fù)合材料以鋁粉為“芯”,氧化劑(如高氯酸銨、炸藥等)為“殼”,通過氧化劑在界面處的燃燒引燃鋁粉,從而降低鋁粉的點(diǎn)火溫度,并有利于減少鋁粉團(tuán)聚物發(fā)生的幾率,從而提高鋁粉燃燒效率。楊玉林課題組[26-28]通過溶劑揮發(fā)法和液相自組裝法合成了一系列納米鋁熱劑型微納復(fù)合材料,如AP/nAl/nMxOy (MxOy=Fe2O3、CuO、Bi2O3等)、AP/nAl/PTFE、nAl/氟基二茂鐵等,所獲得的微納復(fù)合材料較物理混合物表現(xiàn)出更高的燃燒效率和熱量釋放水平。Shim等[29]通過橋接液浸潤顆粒表面、碰撞誘導(dǎo)顆粒團(tuán)聚的方法制備出AP/Al納米復(fù)合材料。研究表明,AP/Al復(fù)合材料中納米鋁粉的團(tuán)聚現(xiàn)象顯著減少,相較物理混合物,AP低溫分解峰熱分解速率降低而高溫分解峰熱分解速率明顯加快。

“鋁殼型”微納復(fù)合材料以氧化物為“芯”,鋁粉為“殼”,“鋁殼型”微納復(fù)合材料內(nèi)部氧化劑分解時將釋放大量氧化性氣體,鋁粉殼層在氣流的作用下分裂成小塊,表現(xiàn)出“微爆”效果[30],從而實(shí)現(xiàn)鋁粉快速脫離燃面進(jìn)入燃燒區(qū)域,迅速達(dá)到點(diǎn)火溫度,并充分釋放化學(xué)潛能目的,但目前相關(guān)的研究報道較少。本研究以氧化劑高氯酸銨(AP)和微米級鋁粉為原材料,采用界面黏結(jié)材料誘導(dǎo)自組裝方法將氧化劑、燃料精確組裝成具有特定氧-燃比例的以AP為核、鋁粉為殼的鋁基核殼材料。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

環(huán)己烷,分析純,阿拉丁試劑;無水乙醇,分析純,北京化學(xué)試劑廠;鋁粉,FLQT-5(d50=5μm,活性鋁含量98.52%),民用;高氯酸銨(AP),Ⅲ類,大連高佳化工有限公司;BAG-CN,自制,湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所。

QUANTA650環(huán)境掃描電子顯微鏡,日本電子株式會社;Bruker-AXS D8 ADVANCE X-ray衍射儀,德國Bruker公司;Ultrapyc 5000密度儀,奧地利安東帕有限公司;激光粒度測試儀,珠海歐美克儀器有限公司;GR3500型氧彈量熱儀,長沙儀器廠;STA449F3超高溫同步熱分析儀,德國耐馳儀器;激光點(diǎn)火裝置,上海祺茂宇智能科技有限責(zé)任公司;高速攝像機(jī),PHANTOM VEO-E340L,滿幅拍攝速率為800幀/秒。

1.2 鋁基核殼材料AP/Al制備方法

鋁基核殼材料AP/Al制備過程見圖1。

圖1 鋁基核殼材料AP/Al制備示意圖Fig.1 Schematic diagram for preparation process of aluminum based core-shell material AP/Al

精確稱取一定量的III類AP,將其分散于環(huán)己烷中,在攪拌條件下滴加界面黏結(jié)材料BAG-CN,在50℃、N2氣氛中反應(yīng)2h,反應(yīng)結(jié)束后靜置熟化12h,抽濾、烘干,得到預(yù)處理AP。

將鋁粉分散于環(huán)己烷中,按照氧化劑和還原劑質(zhì)量比為3∶1加入預(yù)處理AP,在40℃條件下反應(yīng)6～8h,待反應(yīng)結(jié)束后抽濾、烘干,得到鋁基核殼材料AP/Al。

1.3 鋁基核殼材料AP/Al的性能表征

1.3.1 SEM-EDS、粒度、密度

采用環(huán)境掃描電子顯微鏡觀測粒子大小與表面形貌:將樣品均勻散布在導(dǎo)電膠帶上,采用一定壓力的N2氣流吹走未被導(dǎo)電膠固定住的樣品;采用EDS附件進(jìn)行表面元素分析;

采用激光粒度儀,以乙酸丁酯為分散介質(zhì),在超聲波和機(jī)械攪拌條件下測定鋁基核殼材料AP/Al的粒徑分布特征;

采用密度儀,按《GB/T 23561.2-2009煤和巖石真密度測定方法》測定鋁基核殼材料AP/Al及組分、比例相同的AP/Al物理混合物密度。

1.3.2 感度

采用落錘儀、摩擦感度儀、靜電感度儀,按照GJB 772A-1997《炸藥試驗(yàn)方法》、GJB 736.11A-2019《火工品試驗(yàn)方法》測試流程,在25℃、57% RH的環(huán)境溫濕度下,對原料鋁粉、原料AP、鋁基核殼材料AP/Al及組分、比例相同的AP/Al物理混合物進(jìn)行靜電、撞擊和摩擦感度測試,具體測試條件如下:

撞擊感度:落錘質(zhì)量10kg,落高為50cm;

摩擦感度:擺角90°,表壓4MPa;

靜電火花感度:電極間隙0.50mm,電容:10000pF。

1.3.3 TG-DTA測試

采用同步熱分析儀對鋁基核殼材料AP/Al及組分、比例相同的AP/Al物理混合物進(jìn)行熱分析測試。測試條件:樣品質(zhì)量0.5mg,溫度范圍30～500℃,氣體流量100mL/min,反應(yīng)氣氛選擇氮?dú)?升溫速率分別為2、5、10、20℃/min。

1.3.4 爆熱及殘?jiān)钚凿X含量測定

采用氧彈量熱儀,對比測試鋁基核殼材料AP/Al及組分、比例相同的AP/Al物理混合物的爆熱。收集樣品爆熱測試殘?jiān)?采用氧化還原滴定法對比測試鋁基核殼材料AP/Al及AP/Al物理混合物的活性鋁含量。

1.3.5 燃燒性能測定

采用激光點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)(見圖2),研究鋁基核殼材料AP/Al及組分、比例相同的AP/Al物理混合物的點(diǎn)火燃燒特性。樣品每次測試量為10mg,激光點(diǎn)火裝置輸出功率設(shè)定為50W,作用時間為50ms;以同步觸發(fā)的方式,在激光點(diǎn)火的同時啟動高速攝像機(jī)(Phantom VEO-E 340L),設(shè)置拍攝頻率為每秒3600幀,詳細(xì)記錄樣品的動態(tài)燃燒過程,利用CV 3.5(Cine Viewer Application)分析軟件高速攝影機(jī)拍攝照片。

圖2 激光點(diǎn)火燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Schematic diagram of laser ignition combustion test system

2 結(jié)果與討論

2.1 鋁基核殼材料AP/Al的理化性能

圖3為原料和所制備鋁基核殼材料AP/Al的掃描電鏡圖。

圖3 原料和所制備鋁基核殼材料AP/Al的掃描電鏡圖Fig.3 SEM images of raw material and aluminum based core-shell material AP/Al

由圖3可以觀察到,AP顆粒表面光滑,無突起及附著物,鋁粉粒徑為1～5μm。對比原料AP,鋁基核殼材料AP/Al表面形成了明顯的鋁粉顆粒包覆層,包覆層緊實(shí)致密,表面未見明顯裸露的AP,表明鋁基核殼材料AP/Al核殼型結(jié)構(gòu)完整。

圖4為鋁基核殼材料AP/Al 的EDS圖。

由圖4可知,除C元素外,鋁基核殼材料AP/Al表面分布的元素主要為Al和O,這說明鋁基核殼材料AP/Al最外層為密集分布的鋁粉,此區(qū)域未觀測到其他元素,表明核芯材料被緊密包覆在內(nèi)層。而在鋁粉包覆層缺陷處,出現(xiàn)了明顯的Cl元素的分布,進(jìn)一步證實(shí)鋁基微納復(fù)合材料內(nèi)層的核芯材料為AP。

圖4 鋁基核殼材料AP/Al 的EDS圖Fig.4 EDS spectrum of aluminum based core-shell material AP/Al

圖5為鋁基核殼材料AP/Al的粒徑分布圖。

圖5 鋁基核殼材料AP/Al粒徑分布圖Fig.5 Particle size distribution of aluminum based core-shell material AP/Al

由圖5可知,鋁基核殼材料AP/Al粒徑在0.8～224.4μm間分布,粒徑分布圖出現(xiàn)兩個明顯的分布峰,分別在粒徑為3.8μm和70.9μm處。分析可知,粒徑為3.8μm處的分布峰為原料鋁粉的分布峰,該部分鋁粉為樣品制備過程中未反應(yīng)或鋁基核殼材料AP/Al最外層部分脫落的鋁粉。粒徑為70.9μm處的分布峰為鋁基核殼材料AP/Al的分布峰,粒徑大小與SEM圖中觀測到的顆粒結(jié)果一致。此外,原料AP在粒徑為60.3μm處出現(xiàn)分布峰,由此可知,AP經(jīng)鋁粉包覆形成的鋁基核殼材料AP/Al粒徑較原始AP稍大。

將粒徑小于31.7μm的粒子認(rèn)定為非核殼型微納復(fù)合材料結(jié)構(gòu),由未反應(yīng)鋁粉、脫落鋁粉、反應(yīng)過程中團(tuán)聚鋁粉、小粒徑AP、核殼型微納復(fù)合材料破碎等途徑產(chǎn)生,由圖5可知,累積分布F(31.7)=77.31%,從顆粒數(shù)目來看,非核殼型微納復(fù)合材料占據(jù)產(chǎn)物中大多數(shù)。現(xiàn)計算制備的鋁基核殼材料AP/Al在產(chǎn)物中的質(zhì)量占比,假設(shè)所有顆粒均為密度相同的球形顆粒,則累積質(zhì)量M(r)(粒徑從0.8μm到粒徑r處產(chǎn)物的質(zhì)量)為:

(1)

故非鋁基核殼材料AP/Al質(zhì)量占比為:

(2)

即鋁基核殼材料AP/Al在產(chǎn)物中的質(zhì)量占比為98.94%,由此來看,鋁基核殼材料AP/Al制備產(chǎn)率基本滿足要求。

制備的鋁基核殼材料AP/Al密度為2.0704g/cm3,高于AP/Al物理混合物的密度(2.0485g/cm3),分析原因?yàn)?AP/Al物理混合物中鋁粉以物理吸附的方式作用于AP表面,或呈松散的自然堆積模式,鋁粉間孔隙率更高,而鋁基核殼材料AP/Al中鋁粉通過化學(xué)作用原位沉積負(fù)載在AP表面,形成的微納復(fù)合材料結(jié)構(gòu)更致密,且鋁粉間緊密結(jié)合,故表現(xiàn)出更高的密度。

2.2 鋁基核殼材料AP/Al安全性能分析

表1為鋁基核殼材料AP/Al及原料的感度測試結(jié)果。由表1可以看出,鋁粉撞擊感度和摩擦感度激發(fā)概率為0,靜電火花感度激發(fā)閾值為130.1mJ;AP撞擊感度激發(fā)概率為0,摩擦感度激發(fā)概率為8%,靜電感度激發(fā)閾值為118.2mJ,均表現(xiàn)出較高的安全特性。而當(dāng)鋁粉與AP以物理混合物形式存在時,撞擊感度激發(fā)概率急劇升高到32%,摩擦感度激發(fā)概率亦提升至24%,靜電火花感度激發(fā)閾值降低至27.94mJ,這說明當(dāng)鋁粉與AP共混時,易受外界能量激發(fā)而發(fā)生氧化還原反應(yīng),安全性能下降。而當(dāng)鋁粉與AP精確組裝成核殼結(jié)構(gòu)后,鋁基核殼材料AP/Al撞擊感度和摩擦感度激發(fā)概率重新降至0,靜電火花感度激發(fā)能量提升至102.88mJ,這表明,鋁基核殼材料AP/Al的靜電感度安全特性接近于單獨(dú)存放的鋁粉或AP。從鋁基核殼材料AP/Al制備過程分析,當(dāng)對AP進(jìn)行預(yù)處理時,界面黏結(jié)材料BAG-CN在AP表面形成隔離層,組裝成核殼結(jié)構(gòu)后,隔離層隔絕了AP與鋁粉的直接接觸,因而大大提高了鋁基核殼材料AP/Al的安全性能。

表1 鋁基核殼材料AP/Al及原料的感度Table 1 Sensitivity of AP/Al physical mixture and core-shell material AP/Al

2.2 鋁基核殼材料AP/Al熱分解、爆熱及點(diǎn)火性能

圖6為AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的TG-DTA曲線。

圖6 AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的TG-DTA曲線Fig.6 TG-DTA curve of AP/Al physical mixtures and aluminum based core-shell material AP/Al

由圖6可知,AP/Al物理混合物在500℃以下發(fā)生AP熱分解反應(yīng),TG曲線剩余物質(zhì)量在21.38～23.39%,基本與鋁粉在混合物中占比一致。AP/Al物理混合物DTA曲線中,在244℃出現(xiàn)AP從正交晶型變轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄偷奈鼰岱?在264.7、284.3、298.3、312.3℃出現(xiàn)AP低溫?zé)岱纸夥?LTD),在413.9、431.1、439.5、450.7℃出現(xiàn)AP高溫?zé)岱纸夥?HTD)。低溫分解階段最為普遍接受的觀點(diǎn)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移理論[31]：以晶體表面存在的缺陷、裂紋等力場不飽和點(diǎn)為“活化中心”,在經(jīng)過一段時間誘導(dǎo)期后,AP經(jīng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移離解生成氣態(tài)的NH3和HClO4,部分氣態(tài)產(chǎn)生的NH3吸附在AP表面并不斷占據(jù)覆蓋表面的活性位點(diǎn),導(dǎo)致低溫分解階段反應(yīng)逐漸停止,故該過程首先加速,然后再減速;在高溫分解階段,NH3進(jìn)一步與HClO4及其產(chǎn)物ClO3、ClO2等發(fā)生氧化還原放熱反應(yīng),最終生成NO2、NO、N2O、ClO、ClO3、HCl、H2O等揮發(fā)性氣體產(chǎn)物。

鋁基核殼材料AP/Al的TG曲線在500℃時,對應(yīng)剩余物質(zhì)量在16.07%～26.39%,稍微偏離制備過程AP、Al的投料比例,這可能是因?yàn)椴煌w粒鋁基核殼材料AP/A表面包覆的鋁粉厚度不同,導(dǎo)致氧化劑占比出現(xiàn)偏差。鋁基核殼材料AP/Al的DTA曲線中,AP晶型轉(zhuǎn)變吸熱峰位置基本不變,AP低溫?zé)岱纸夥?LTD)依次移至271.5、287.0、301.3、315.8℃,相對于物理混合物分別后移6.8、2.7、3.0、3.5℃,分析認(rèn)為,在AP預(yù)處理階段,界面粘結(jié)材料BAG-CN占據(jù)了AP表面大量的“活化中心”,抑制了AP低溫分解階段NH4ClO4離解成NH3+HClO4的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程,從而導(dǎo)致低溫分解峰后移。鋁基核殼材料AP/Al高溫分解峰(HTD)依次移至417.9、440.6、445.3、449.5℃,相對于物理混合物分別后移4.0、9.5、5.8、-1.2℃,總體也出現(xiàn)了后移現(xiàn)象,這可能是因?yàn)?隨著溫度的逐漸升高,BAG-CN的熱解優(yōu)先于AP的高溫分解,生成小分子非氧化性氣體帶走體系熱量,使得AP高溫分解峰延遲出現(xiàn)。因此,鋁基核殼材料AP/Al的TGA曲線中,AP低溫分解峰和高溫分解峰總體均出現(xiàn)后移。

運(yùn)用Flynn-Wall-Ozawa方程[32]分別計算AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al中AP低溫分解和高溫分解的活化能。AP/Al物理混合物低溫分解峰和高溫分解峰活化能分別為120.3、248.0kJ/mol,而鋁基核殼材料AP/Al低溫分解峰和高溫分解峰活化能提升至131.2、257.0kJ/mol,在BAG-CN改性和殼層鋁粉包裹的雙重作用下,AP熱分解受到抑制,需要額外提供活化能幫助其跨越分解能壘,因此,鋁基核殼材料AP/Al低溫分解峰活化能和高溫分解峰活化能均稍高于AP/Al物理混合物。

(3)

對比測試AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的爆熱值和殘?jiān)谢钚凿X含量值,結(jié)果見表3。

表2 AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的爆熱及殘?jiān)钚凿X含量Table 2 Heat of explosion and active aluminum content in residue of AP/Al physical mixture and aluminum based core-shell AP/Al

由表2可知,AP/Al物理混合物爆熱值為9298.4J/g,爆熱殘?jiān)谢钚凿X含量測試值為1.86%,表明爆熱殘?jiān)幸琅f有較多鋁粉未完全發(fā)生釋能反應(yīng)。在AP、Al組裝成鋁基核殼材料AP/Al后,爆熱值為9260.6J/g,與物理混合物相比未出現(xiàn)明顯提升,這似乎與此前論述的“微納復(fù)合材料在納米尺度結(jié)合,很大程度上促進(jìn)了材料的傳熱及傳質(zhì)過程,使體系能量的能量釋放速率、燃燒效率提高”矛盾。繼續(xù)對比殘?jiān)谢钚凿X含量可知,鋁基核殼材料AP/Al殘?jiān)钚凿X含量從1.86%(物理混合物)降至0.15%,降低了91%以上。殘?jiān)钚凿X含量降低意味著更多的有效鋁組分參與了釋能反應(yīng),提高了微納復(fù)合材料中鋁粉的能量釋放效率,理應(yīng)獲得更高的爆熱值,但AP/Al物理混合物與鋁基核殼材料AP/Al復(fù)合材料爆熱值沒有明顯區(qū)別。由此可推斷,爆熱值未提升的原因在于氧化劑的能量損失,這可能與AP預(yù)處理過程BAG-CN在AP顆粒表面反應(yīng)釋放出NH3,消耗了AP含能組分有關(guān)。在鋁粉燃燒效率提升導(dǎo)致爆熱值提高和AP失去含能組分導(dǎo)致能量水平下降的相互補(bǔ)償下,鋁基核殼材料AP/Al爆熱值維持在幾乎不變的水平。

圖7為AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的燃燒現(xiàn)象。

圖7 AP/Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al的燃燒現(xiàn)象Fig.7 Combustion phenomenon of AP/Al physical mixture and core-shell material AP/Al

由圖7可知,AP、Al物理混合物及鋁基核殼材料AP/Al點(diǎn)火燃燒現(xiàn)象存在明顯差異。由于鋁粉的熔點(diǎn)(933K)遠(yuǎn)低于表面Al2O3(2345K)殼層的熔點(diǎn),且鋁由固相轉(zhuǎn)化為液相的體積膨脹率約6%[21],因此,傳統(tǒng)的AP/Al物理混合物在激光能量作用下,隨著表面溫度升高,鋁粉內(nèi)部熔融的液相鋁會撐破氧化層流出,在上升過程中液相鋁相互接觸,使鋁粉間發(fā)生融聯(lián),形成不規(guī)則形狀的珊瑚狀結(jié)構(gòu)聚集體。聚集體溫度進(jìn)一步升高,熔融部分完全融合成為球形鋁液滴,因此,AP/Al物理混合物燃燒時出現(xiàn)大顆粒火星,在向上運(yùn)動的過程中形成典型的拖拽火焰,這證實(shí)了鋁粉燃燒時會出現(xiàn)嚴(yán)重的燒結(jié)現(xiàn)象,導(dǎo)致鋁粉的燃燒不完全,無法充分發(fā)揮鋁粉的潛能。鋁基核殼材料AP/Al中,內(nèi)層的AP被激光點(diǎn)燃后,促進(jìn)了外層鋁粉點(diǎn)火燃燒,鋁粉未完成熔聯(lián)形成球型鋁液滴。分析認(rèn)為,一方面,鋁基核殼材料AP/Al中氧化劑與鋁顆粒間的傳質(zhì)距離短,從而縮短了鋁粉的點(diǎn)火延遲時間,鋁粉在較短時間內(nèi)完成點(diǎn)火,避免了大顆粒鋁液滴的形成;另一方面,AP分解產(chǎn)生大量氣體促使鋁液滴發(fā)生“微爆”,從而分裂成較多小的鋁液滴。因此,鋁基核殼材料AP/Al能有效抑制鋁粉燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生,從而達(dá)到提高鋁粉能量釋放效率的效果。在高速攝影拍攝下可明顯觀察到,鋁液滴外層未完全融合的鋁團(tuán)聚物在氣流作用下濺射到未反應(yīng)的暗區(qū),視野中出現(xiàn)大量濺出的“軌跡線型”細(xì)顆粒鋁珠,此外,微單元氧化還原復(fù)合高能材料的燃燒火焰均勻、明亮,證明鋁粉發(fā)生了更充分的燃燒。

3 結(jié) 論

(1)以AP和鋁粉為原料,采用AP預(yù)處理+鋁粉表面沉積”兩步法工藝成功制備出的鋁基核殼材料AP/Al為以AP為核、表面負(fù)載了致密鋁粉層的核殼型顆粒。

(2)對比AP/Al物理混合物,鋁基核殼材料AP/Al在爆熱值相當(dāng)?shù)臈l件下,爆熱殘?jiān)械幕钚凿X含量降低91%以上。鋁基核殼材料AP/Al撞擊感度和摩擦感度激發(fā)概率為0,靜電感度激發(fā)閾值由27.94mJ提升至102.88mJ。

(3)鋁基核殼材料AP/Al顯示出與AP/Al物理混合物不同的燃燒特性。高速攝影可明顯觀察到熔聯(lián)的團(tuán)聚鋁液滴在氣流的作用下濺射出“軌跡線型”的連續(xù)細(xì)顆粒鋁珠,視場中火焰更加均勻,對提高鋁粉燃燒效率提供了結(jié)構(gòu)設(shè)計啟示。