Zr/KClO_4激光点火延迟时间与装药密度的关系

采用光纤插入式激光点火器测定了Zr/KClO4点火药的装药密度和压药压力的关系及激光点火延迟时间和装药密度的关系，得出在压药压力5-130 MPa范围，对应的装药密度变化为0.94-1.39 g·cm^-3；在密度1.0-1.38 g·cm^-3范围，对应的点火延迟时间变化为2.83-0.54 ms。在装药密度≤1.25 g·cm^-3时，点火延迟时间随密度变化较快，装药密度≥1.30 g·cm^-3时，点火延迟时间随密度增加趋于稳定，最短点火延迟时间约为0.54 ms。在装药密度较低时，如低于1.07 g·cm^-3，对应压药压力低于30 MPa，实验数据散布较大。

KClO_4/Zr在石英管内的燃烧发射光谱与燃烧产物分析

为了研究燃烧条件对KClO4/Zr烟火剂燃烧过程中光辐射性能的影响,考察了 KClO4/Zr在开放环境和不同规格封闭石英管内的燃烧发射光谱和燃烧产物。借助光纤光谱仪、光电二极管和示波器测试了烟火剂燃烧过程中的光辐射能量分布和闪光时间-强度曲线,分析了所得发射光谱在（590±10）,（750±10）和（808±10）nm三个主吸收波段内的光谱效率,借助 SEM表征了不同燃烧条件下 KClO4/Zr 燃烧产物的形貌。结果表明：在开放条件下燃烧时,KClO4/Zr的燃烧发射光谱在可见光到近红外的宽波段内,最强辐射出现在730-820 nm波段。在石英管内封闭燃烧时,随着石英管体积的减少,在石英管外检测到的燃烧发射光谱强度逐渐减弱,光谱能量分布也呈现不同的变化规律,而且对火焰发射光谱分布进行处理后,随着石英管体积的变化,得到（590±10）,（750±10）和（808±10）nm波段的光谱效率也呈现不同的变化规律。但是,随着石英管体积的减少,KClO4/Zr烟火剂的爆燃闪光辐射时间逐渐缩短,峰值辐射强度逐渐提高。增加石英管的直径,有利于在管外获得更高的有效光辐射能量,减少石英管的直径,则有利于提高烟火剂的峰值辐射强度。随着管直径的增大,KClO4燃烧更加充分,产物粒径较小,呈规则的球状。而管长度的改变对反应并无太大影响。

机械球磨法制备纳米晶Zr粉及其燃烧性能

通过机械球磨法对微米Zr粉进行晶粒细化,采用X射线粉末衍射法分析了球磨时间对Zr粉的物相、晶粒尺寸及晶格应变大小的影响;采用扫描电镜和激光粒度分析仪对Zr粉形貌、粒径分布进行了表征,并研究了Zr粉球磨时间对Zr/KClO_4烟火剂光辐射时间特性的影响。结果表明:随着球磨时间的延长,Zr粉的颗粒尺寸先减小后增大,而晶粒尺寸则持续减小,同时晶格应变逐渐增大:当球磨时间为8 h时,Zr粉的粒径分布最均匀、平均粒径最小(0.8μm),晶粒尺寸为81.7 nm;球磨时间增加到20 h后,Zr粉的颗粒尺寸略有增大,但晶粒尺寸减小到最小值(15.4 nm)。对原料Zr粉进行球磨处理后,Zr/KClO_4烟火剂的光辐射时间缩短,球磨时间为8 h时,相比使用原料Zr粉的烟火剂,样品的光辐射时间(17 ms)缩短了32%,表明烟火剂燃烧速率的显著增加,并且峰值辐射强度增大。

锆粉对高氯酸钾热分解反应的影响

为研究平均粒径1μm的锆粉(Zr)对高氯酸钾(KClO_4)各步热分解反应的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TG/DTG)研究了纯KClO_4和质量比为50∶50的Zr/KClO_4两种体系的热分解过程。XPS结果表明,锆粉的加入促进了KClO_4第一步热分解生成KClO_3的可逆反应平衡向右移动。利用线性拟合方法求解了两步热分解过程的动力学三因子,计算结果表明,加入小粒径锆粉后第一步热分解的活化能降低,指前因子增大,最可几机理函数由G(α)=[-ln(1-α)]^(3/4)变为G(α)=-ln(1-α),热爆炸临界温度由587.7℃降至516.9℃;第二步热分解活化能升高,指前因子不变,最可几机理函数均为G(α)=-ln(1-α)。因此,锆粉的加入促进了KClO_4的第一步热分解,增加了反应的活性位点,使反应更易进行,提高了反应速率,但同时锆粉表面被氧化为氧化锆,作为惰性物质掺杂于KClO_4和KClO_3之间,使得第二步热分解的表观活化能升高,但其不参与反应。

含能材料对激光点火感度的影响

从激光点火的作用机理出发 ,运用热传导理论 ,推导出含能材料对激光点火感度的影响 ,通过不同质量比的 Zr/KCl O4 、Ti/KCl O4 点火药以及在其中掺杂不同比例石墨所得到的实验结果 ,得出药剂组分对激光点火感度影响较大 ,当点火药中加入一定比例的石墨 ,能够提高药剂的激光感度。

掺杂物对药剂激光点火感度和延迟时间的影响

分别研究了碳黑、石墨、KCl和石蜡四种掺杂物对Zr/KClO4 点火药及碳黑对B/KNO3 点火药的激光点火感度和延迟时间的影响。实验结果表明 ,四种掺杂物均能降低药剂的激光点火延迟时间 (其中碳黑的效果最强 ,石墨的效果最弱 ) ,但只有碳黑能够降低药剂的激光点火感度。