金属铝由于其低氧消耗、高能量密度和低成本而被广泛用于推进剂中。自上世纪七十年代以来,国内外许多研究人员针对铝的氧化机理、点火及燃烧特性开展了大量的研究,针对微米铝存在燃烧易烧结、点火延迟时间长等缺点提出了多种方案,但仍未完全解决。本文从二元合金的角度出发,将另一种沸点与铝差异较大的金属添加至金属铝中,构建合金体系,通过在点火和燃烧过程产生沸腾和微爆炸的方式来削弱铝的烧结行为,并缩短铝的点火延迟时间。通过筛选,本文选择铝镁合金为研究体系,自行搭建激光点火和燃烧测试平台,对单颗铝和铝镁合金燃料以及铝镁合金粉末燃料进行测试,对比分析铝与铝镁合金的点火和燃烧性能差异。因此该研究对于改善铝的点火及燃烧性能,并深入揭示铝镁合金的燃烧机理具有重要意义,为进一步推进铝的实际应用奠定基础。本文首先自行搭建了一套单颗粒燃料激光点火和显微高速成像实验装置,可清晰地记录微米级单颗粒金属燃料在点火和燃烧过程中的物理形态变化(如形状、粒径等)、着火特征、火焰特征,进而分析点火延迟时间、火焰传播速率、火焰锋面变化等信息,结合理论分析获得其关联的点火和燃烧机理。然后通过TEM、SEM、XRD、TG等方法表征铝以及铝镁合金的物理和热学性质。最后分别开展了单颗粒微米铝粉、单颗粒微米铝镁合金以及铝镁合金颗粒堆在空气中的激光点火及燃烧特性研究。结果表明:微米铝被激光加热后会经历4个阶段:(1)颗粒受热膨胀;(2)氧化铝壳破裂,熔融的铝核心溢出;(3)铝壳融化、铝蒸发、点燃;(4)铝蒸汽燃烧。Al-Mg合金颗粒的燃烧主要为镁组分和铝组分的先后燃烧,铝组分的燃烧强度明显强于镁组分;激光加热功率对点火性能影响较大,提高激光功率密度,温升速率增加,点火延迟时间缩短,点火概率增加;燃烧过程中连续出现微爆炸现象,对于单颗和多颗团聚的合金发生多次微爆炸,在微爆炸之前发生分散性沸腾现象。通过总结分析表明铝镁合金的燃烧过程可分大致为四个阶段:初始氧化阶段(颗粒的氧化程度变大,氧化发生在颗粒表面附近);镁燃烧阶段(镁融化向外扩散,与氧气混合发生第一次燃烧);过渡阶段(第一阶段燃烧结束,燃烧放出的热与激光作用的热共同加热未燃烧的颗粒,颗粒内部出现多孔结构);铝的燃烧阶段(火焰从颗粒表面发生,逐渐向内扩散直至包裹整个颗粒,火焰是球形且均匀的。随着颗粒燃烧,燃烧区的尺寸减小,直至猝灭)。