Page 75 - 《含能之美》2019封面论文

724 朱朝阳，张思，夏德斌，唐泉，邱贤平，杨玉林，范瑞清

过程，造成铝粉的团聚，从而影响铝粉的燃烧效率。

a. specific impulse
图 6 普通球形铝粉的 TG‐DSC 曲线
Fig.6 TG‐DSC curve of the spherical Al

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图 7 为 不 同 FeF 含 量 的 Al‐FeF 复 合 燃 料 的
TG‐DSC 曲线图。由图 7 可以看出，四种样品的 DSC
曲线在 660 ℃左右都有一个小的吸热峰，为铝粉的熔
解吸热峰。与普通球型铝粉 DSC 曲线不同的是，添加
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了 FeF 的 Al‐FeF 复合燃料 DSC 曲线在 670~800 ℃有
一个大的放热峰，对应的 TG 曲线上有一显著的增重
b. adiabatic flame temperature 过程，增加的质量为的 9%~13%，是铝粉的快速氧化。
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Al‐FeF 复合燃料会在这一阶段释放大量的热量，同时
质量增加也远远超过常规的球型铝粉，主要是因为 Al
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与 FeF 发生了氧化还原反应，促进了铝粉在这一阶段
的氧化，同时释放出大量的热量。在此阶段，当温度超
过铝粉的熔点后，铝粉芯部的铝粉开始熔融，此时从密
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度 2.7 g·cm 的固相铝转变为密度为 2.4 g·cm 的液
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相铝，体积膨胀超过 6%，叠加在此温度下壳层 Al O 由
［17］
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无定形晶态转变为 γ‐Al O ，体积进一步收缩 。处于
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壳层的 Al O 会受到拉伸力的作用，而内部熔融的铝液
c. concentrations of species 会受到压力，在这两种力的作用下完整的 Al O 会破
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图 5 不同 FeF 3 含量的推进剂理论比冲，火焰温度、产物分子量 裂，从而暴露出新鲜的铝表面进一步发生氧化反应，铝
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粉表面及内部的 FeF 破坏了铝粉表面完整的氧化层，
及产物含量变化情况
Fig.5 Effect of FeF 3 contents on predicted specific impulse， 促进了铝粉的氧化反应 ［18］ 。与之形成对比的是，常规
flame temperature，molecular weight and product fraction in 微米级的球型铝粉在达到熔点后的氧化增重较少，仅
the exhaust of composite propellant
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为 2% 左右，而深入铝粉表面和内部的 FeF 则会很大程
3.4 Al⁃FeF 3 复合燃料的热性能分析 度的增加这一氧化程度，氧化增重达到 10% 以上。
同时，在 900~1200 ℃，DSC 曲线有个明显的宽的
图 6 为球形微米铝粉的 TG‐DSC 曲线图，由图 6 可
放热峰，TG 曲线显示开始了第二次增重，幅度约为复合
以看出，普通的球形铝粉在 660 ℃附近时，会有一个
粉末质量的 40%~50%。在这一阶段，随着温度升高，复
比较明显的吸热峰，对应的是铝粉的熔点。在 800 ℃
合粉末被点燃，最多共约 70% 以上的铝基复合燃料完成
以 内 增 重 缓 慢 ，质 量 增 加 不 足 2%，且 仅 有 微 量 的 放
氧化燃烧。而由图 6 可知，在达到 1400 ℃时普通的球
热，这是由于球形铝粉表面有一层致密的氧化膜，阻止
型铝粉仅仅增重不足 7%，也就是仅仅有 8% 的铝粉完
了铝粉的氧化。即使升温至 1400 ℃质量增加也只有约 成氧化。在 600~1400 ℃内不同 FeF 含量的 Al‐FeF 复
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合燃料的增重均达到了 50%~63%。而且将 Al 和 FeF
6%。微米铝粉这种低熔点，高着火点的特性，造成铝粉 3
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在推进剂燃面燃烧时，会经历一个’烧结‐熔化‐燃烧‚的 进行球磨复合后，即使 FeF 的加入量仅为 5% 时，就可
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Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.9, 2019（720-728） 含能材料