微米级铝颗粒热氧化特性

利用同步热分析技术,以10 K·min^(-1)的加热速率将3种微米铝粉从室温加热至1110℃,分析获得的热重-微商热重-差热分祈曲线,并通过Satava-Sestak积分法计算得到氧化反应的动力学参数及最可几机理函数;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对不同阶段的氧化产物进行观察分析。结果表明,粒径越小的铝粉,越容易被氧化,其氧化程度也越深。微米铝粉的氧化过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ,温度低于550℃,反应非常缓慢,Al颗粒表面的无定形氧化铝层缓慢生长;阶段Ⅱ,550~670℃,氧化层由无定形氧化铝向γ-Al_2O_3转变,新形成的γ-Al_2O_3层不能在Al颗粒表面形成一个连续完整的外壳,裸露的Al与氧气接触,因此在阶段Ⅱ开始时,氧化速率迅速增大,当γ-Al_2O_3层完全覆盖Al核后,氧化速率迅速降低;阶段Ⅲ,670~1110℃,在内部熔融态Al受热体积膨胀及氧化铝由γ-Al_2O_3向α-Al_2O_3转变引起表面积收缩的共同作用下,颗粒表面氧化壳层产生裂缝或破碎,活性Al释放,氧化反应非常剧烈,最终生成稳定的α-Al_2O_3。粒径越小的Al粉,其氧化反应的表观活化能越低,反应越容易进行;3种样品的热氧化反应均符合边界控制模型函数R3:G(α)=G(α)=1-(1-α)^(1/3),温度适用范围550~1110℃。

铝颗粒氧化机理与燃烧理论研究进展

为对固体推进剂中铝颗粒的点火和燃烧反应提供一定的理论指导,详细介绍铝颗粒的氧化机理和燃烧理论。阐述铝颗粒的两种氧化反应机理:扩散氧化机理和熔散氧化机理,指出不同实验条件导致点火温度差距较大的原因。并通过回顾铝颗粒燃烧模型的发展历程,详细介绍半经验模型、化学机理模型和CFD模型的发展。提出未来铝颗粒氧化机理及燃烧的研究方向为复杂氧化气氛下(CO_2和H_2O)的氧化机理及模型研究、促使铝颗粒发生熔散反应的研究、铝颗粒燃烧的CFD模型研究。