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储氢材料可作为固体火箭推进剂的燃料组分或添加剂,能有效提高固体火箭推进剂的能量水平而被广泛研究。但储氢材料自身的点火及燃烧特性还未被完整揭示。本文搭建了基于激光辐射点火的储氢材料点火实验系统,开展了几种典型储氢材料的激光点火及燃烧实验,分析其点火及燃烧过程中的最低点火功率、点火延迟时间、快速升温速率和表面的温度分布、燃烧火焰颜色和结构、火焰演变过程及燃烧机理等。本文研究的内容包括:(1)金属氢化物的点火及燃烧特性研究。采用激光点火技术,分别对在常温常压自然对流条件下的Al H3和Mg H2两种金属氢化物进行点火实验。其中Al H3的实验结果表明:氢化铝受激光加热作用后发生分解,首先释放的氢气着火燃烧呈现淡蓝色火焰,析出的铝单质被激光和气相火焰加热融化,熔融过程中温度基本保持不变;随后铝颗粒升温气化被点燃,分散在氢气火焰中燃烧,出现棕红色火焰;最后在光泳力作用下,样品远离激光并发生淬熄。当激光点火功率密度提高时,氢化铝的点火延迟时间减小。Mg H2的实验结果表明:在激光作用下其燃烧过程包括受热分解、氢气燃烧、镁单质燃烧和淬熄等阶段。氢化镁在激光作用下快速升温并分解出氢气和镁单质,氢气燃烧呈现淡蓝色火焰,镁单质同时融化;熔融态的镁单质在激光辐射和氢气燃烧热反馈共同作用下发生气化,产生的内应力使粉末发生破碎;同时,气态镁在接触氧气后发生气相反应,出现爆燃,并产生黄色火焰。随着激光点火功率密度的提高,氢化镁的点火延迟时间缩短,且越快发生爆燃,爆燃的次数也越多。(2)配位氢化物的点火及燃烧特性研究。对已制备的乙二胺铝硼氢化物Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)进行激光点火燃烧实验,并结合热解特性分析可知:Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)点的火延迟时间非常短,约为2.0ms,最小点火能量约0.3~0.5 m J;Al(BH4)3·n EDA(n=1,2,3)的燃烧过程经历了脱氢、氢气与杂质燃烧和脱氢骨架燃烧三个连续阶段;其燃烧产物主要包括CO2和H2O,不含NO2。(3)硼烷类储氢材料的点火及燃烧特性研究。对一、二、三甲基胺硼烷进行激光点火实验,实验结果表明:二甲基胺硼烷不易着火,一、三甲基胺硼烷点火及燃烧过程相似,均包括受热分解、气相着火、扩散燃烧和淬熄等阶段;甲基胺硼烷受热分解并发生气相着火,在自然对流作用下,燃烧变得剧烈,火焰锋面向外扩展;随着材料的消耗殆尽,燃烧停止。一甲基胺硼烷的燃烧过程中出现蓝色火焰,相对于三甲基胺硼烷,一甲基胺硼烷燃烧过程更稳定。