金属镁（Mg）具有燃点低、沸点低、可燃性好,燃烧形成气相扩散火焰、燃速较高等优势,广泛应用于粉末冲压发动机和固体火箭推进等航空航天领域。相对于金属铝（Al）,单位质量的Mg与氧燃烧时释放的热量较低,所以通常在固体推进剂或粉末冲压燃烧室内添加Al粉的同时加入少量的Mg粉或者制备成Mg合金形式,利用Mg的易燃性来改善其点火性能。本文选择以Mg和Al-Mg-Zr三元合金为研究对象,针对Mg和Mg合金的燃烧过程认识不明晰以及燃烧机理不深入的难题,自行搭建单颗激光点火和显微高速成像的实验系统,高时、空间分辨地揭示其燃烧过程涉及的物理和化学变化,获取其点火和燃烧特性参数,并结合原样品和燃烧产物的多种表征数据,解析Mg和Al-Mg-Zr合金的燃烧机理。对微米级的单颗金属Mg样品在空气中进行了激光诱导点火实验,同时借助SEM、EDS、XRD、XPS等测试手段分别对微粒的形貌特征、元素组成及含量、晶体结构等方面进行材料表征。分析结果表明:在空气中单颗粒金属Mg主要经历偏移膨胀、熔融、气化、充分燃烧四个阶段,熔融阶段时间最长,燃烧为气相燃烧。点火延迟时间和燃烧时间与颗粒粒径、点火功率密度密切相关。在纯氧气、氮气和氩气气氛下的对比实验发现:Mg在纯氧气条件下着火概率较低,在纯氮气和氩气条件下未发生燃烧,但在纯氮气条件下发生强烈的爆炸现象,考虑主要是溶解在液态Mg中的氮气逸出所致。在氩气条件下,Mg只发生了气化现象。基于实验分析结果,建立了金属Mg燃烧机理的物理模型以及相应的颗粒相和气相方程。对微米级的单颗Al-Mg-Zr合金样品在空气中进行了相同实验研究,结果表明:在空气气氛中,Al-Mg-Zr合金的燃烧过程主要分为爆炸、Mg燃烧和Al燃烧三个阶段;合金中MgO2的热分解导致微爆炸,促进氧气在Al燃烧的过程中的扩散,使Al燃烧更充分。Al-Mg-Zr合金的点火延迟时间相对较短,其着火和燃烧特性取决于粒径、点火功率密度。同时,对A l-Mg-Zr粉末在纯O2、纯N2和空气三种气氛下进行了燃烧实验,并且对燃烧产物进行分析,结果表明:Al-Mg-Zr 合金粉末在纯 O2 中进行燃烧发生剧烈微爆炸,在纯 N2 中无任何火焰出现,有明显烟柱出现,呈“蘑菇云”状,而在空气中无明显烟和火焰被观察到;在纯O2中的燃烧产物主要为MgO和Al,Al燃烧不完全;由于Zr的含量低、熔点高,Zr没有发生氧化反应,其主要作用在于调节组成合金物质的晶型Al3Zr,避免了单质Al发生团聚现象。本文实验研究了金属Mg及Al-Mg-Zr合金的激光点火和燃烧特性,对于开展金属Mg及其合金在推进剂中的应用具有重要意义。