α'-AlH_3的制备及形成研究

以LiAlH_4和AICI_3为原料,通过乙醚法制备了AlH_3,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末颜射(XRD),研究了制备条件对产物形貌、晶型的影响规律。结果表明,氢化铝醚合物高温脱醚时,混合溶剂中乙醚比例是影响AlH_3晶型及形貌的主要因素,当结晶时,体系中乙醚不能及时除去,会导致α'-AlH_3的形成,且AlH_3形貌逐渐由立方体变成绒球状。伴生的α'型对AlH_3室温存储稳定性及安全性有较大影响,α'型存在加快AlH_3在室温下分解,且使得样品摩擦感度升高。

α-AlH_3的合成及热分解动力学

以LiAlH4和AlC13为原料制备α-AlH3,采用XRD、SEM对其结构和形貌进行表征。采用TG/DTG-DSC联用技术研究其热分解过程,通过计算获得了热分解动力学参数。结果表明,α-AlH3热分解反应遵循随机成核与核增长模型,其反应活化能、指前因子、机理函数分别为Ea=110.89 kJ/mol,lnA=26.94 s-1,f(α)=-ln(1-α)1/4,其热分解反应动力学方程为dα/dT=(2.004×1011/β)exp(-1.333 78×104/T)(1-α)[-ln(1-α)]3/4。

硬脂酸包覆的α-AlH_3:制备及其静电感度

为降低α-AlH_3静电感度,选用硬脂酸(SA)作为包覆材料,采用溶剂-非溶剂法对α-Al H3进行表面包覆。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱(XPS)、元素分析和扫描电子显微镜(SEM)对包覆前后α-AlH_3的结构和形貌进行表征。按GJB5891.27-2006采用静电火花感度仪JGY-50Ⅲ对包覆前后样品的静电感度进行测试。结果表明:硬脂酸在α-AlH_3表面形成均匀完整包覆层,包覆后的α-AlH_3样品晶体结构和形貌均未发生变化,E50由未包覆前的367mJ降低至测试上限5390mJ时未见发火,包覆使其静电感度降低。

α-AlH_3对HMX基炸药爆轰参数的影响

为了研究α-AlH_3对混合炸药爆轰性能的影响,设计了不同配比含α-AlH_3和铝粉系列炸药配方。采用直接法制备炸药造型粉,用模压法制备测试用药柱,分别进行了爆热和爆速测试。研究结果表明:HMX基含α-AlH_3炸药爆热随着α-AlH_3含量的增加而增加,与含铝炸药爆热的变化趋势一致,其爆热值与同质量分数含铝炸药相当;HMX基含α-AlH_3炸药爆速随α-AlH_3含量增加呈下降趋势,相对密度相同时同质量分数含α-AlH_3炸药的爆速低于含铝炸药。

液相法合成α-AlH_3的工艺改进

研究了LiAlH4与AlCl3在无水乙醚中反应制得固体AlH3醚合物,再在惰性溶剂中加热脱醚制备α-AlH3的方法。考察了脱醚反应中添加LiBH4、温度与时间、溶剂和促结晶剂(聚二甲基硅氧烷)对产品的影响。试验结果表明,最佳工艺条件为试验以LiAlH4∶AlCl3摩尔比为4∶1反应,减压蒸除乙醚制得固体AlH3醚合物;脱醚反应以甲苯为溶剂,固体AlH3醚合物与LiBH4摩尔比为4∶1,添加适量促结晶剂,在90℃下脱醚反应2 h。采用此工艺可制得结晶为立方体、性质稳定的α-AlH3,纯度为96.0%,收率达96.4%。

含α-AlH3 HMX基炸药爆轰产物计算

为了研究含α-AlH3的HMX基炸药爆轰产物组成,设计了含α-AlH3不同配比的炸药配方。采用直接混合-梯度冷却法制备炸药造型粉,模压成型,测试样品的爆热和爆容,根据质量守恒、盖斯定律、阿伏伽德罗定律计算爆轰产物组成。测试结果表明,含α-AlH3炸药的爆热与同等质量分数的含铝炸药相当,爆容随α-AlH3含量增加而增大,具有高爆热和高爆容的特点。爆轰产物计算表明,α-AlH3能有效增加爆轰产物中氢气的含量,增加爆轰产物的做功介质。

苄氯法合成α-AlH_3及其表征

在乙醚-甲苯混合溶剂中,苄基氯和LiAlH4反应生成AlH3乙醚络合物。此络合物在甲苯介质中脱醚得到α-AlH3。通过X射线衍射、元素分析、扫描电镜及热分析,对样品进行表征。测试结果表明,此方法得到的α-AlH3晶体纯度高,Cl含量低,形貌完整,颗粒均匀,产物的热力学性能优良。

X射线衍射法定量分析α-AlH_3晶型纯度

建立了X射线粉末衍射(XRD)内标法定量分析Al H3粉末中α晶型含量的方法。确定了以硅粉为内标物,并研究了不同混合方法对测试结果的影响。结果表明,以研磨法混合,且研磨混合30 min既能将硅粉和Al H3充分混合均匀,同时也不会产生晶体择优取向影响测试结果。该方法的相对标准偏差小于2%,可满足实际应用要求。

杂质晶型对AlH_3样品稳定性和安全性影响的研究

α′、β、γ晶型的三氢化铝(AlH3)是乙醚法合成α-AlH3的常见伴生晶型,它们会影响α-AlH3的热力学稳定性和安全性。在常温存储条件,经历约650 d后,γ晶型使得AlH3的分解率由2.13%上升到5.15%。通过撞击、摩擦、静电火花感度测试,含有其他晶型的α-AlH3比纯净α-AlH3的摩擦感度和静电火花感度均有不同程度的增加,其中对静电感度影响较大,与晶型较好的α晶型AlH相比其E数值相差约5-10倍。

三氢化铝制备工艺及稳定性研究进展

综述了三氢化铝(AlH3)的晶体形态特征,以及α-AlH3的性质、合成方法、表征和稳定化方法,着重讨论了获得高质量α-AlH3结晶的条件和操作方式。

三氢化铝的氧化石墨稀包覆降感技术

采用原位自组装法和溶剂-反溶剂法两种不同的工艺,选用不同C/O质量比的氧化石墨烯(GO),对α-AlH_3进行了包覆。包覆样品的X射线衍射和傅里叶红外光谱结构表征表明,包覆前后α-AlH_3的晶型保持不变。采用机械撞击感度测试和扫描电镜,研究了包覆工艺对样品降感效果的影响关系。通过比较发现,溶剂-反溶剂法工艺制备的样品机械撞击感度要比原位自组装法的低。在所选GO中,以GO-3为包覆剂,采用溶剂-反溶剂法工艺制备得到的含AlH_3推进剂药浆的机械撞击感度最低,药浆50%爆炸的临界撞击能由7.3 J提高到11.7 J。