【摘 要】
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活性材料是指一类具有高能量释放与力学性能的新型含能材料,由金属/金属或金属/聚合物组成,具有良好的动能和化学能的双重耦合特性。本文采用粉末冶金技术制备了Ni-Al-W活性材料,通过调整粉末粒径、烧结工艺制备了不同的活性材料,利用XRD、DSC、SEM、万能材料试验机等系列表征手段,对Ni-Al-W活性材料的宏观释能特性、力学性能和微观结构的扩散行为进行了研究。首先,通过选取不同粒径的Al粉(0~5
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活性材料是指一类具有高能量释放与力学性能的新型含能材料,由金属/金属或金属/聚合物组成,具有良好的动能和化学能的双重耦合特性。本文采用粉末冶金技术制备了Ni-Al-W活性材料,通过调整粉末粒径、烧结工艺制备了不同的活性材料,利用XRD、DSC、SEM、万能材料试验机等系列表征手段,对Ni-Al-W活性材料的宏观释能特性、力学性能和微观结构的扩散行为进行了研究。首先,通过选取不同粒径的Al粉(0~50μm、50~100μm、100~150μm、150~200μm)制备出四种不同的活性材料,分别记为A1、A2、A3和A4进行研究。研究表明,同种材料在400℃烧结后的能量密度、压缩强度均优于烧结前,四种材料在烧结前和烧结后的放热性能、压缩性能均随铝粒径的增大而降低;W的团聚程度随Al粒径的增大而增大。烧结前后的样品最大能量密度分别为179.7J/g和234.8J/g,最大压缩应力分别为223.4MPa和275.7MPa,得出A1的综合性能最优。其次,将A1在400℃、450℃下进行不同时间的退火保温处理,退火保温时间分别为1h、1.5h、2h、2.5h和3h,对不同材料进行实验。结果表明,同一退火温度下不同保温时间的材料其压缩力学性能变化不大,均为280MPa左右;能量密度随保温时间的增加而呈现先增大后减小的趋势,最大能量密度分别为319.6J/g和264.1J/g,Ni-Al-W活性材料在铝粒径0~50μm、烧结温度400℃、退火保温2h时,性能最佳。最后,对A1在400℃、450℃下不同保温时间的热力学和界面扩散动力学进行了研究。研究表明,在400℃、450℃下不同保温时间的样品其表观激活能变化不大;通过观察不同界面的扩散层,计算得出不同烧结温度下的扩散层厚度随时间变化的方程,在400℃、450℃下Ni-Al界面的扩散方程分别为Δx=4.52×10-8t1/2.635与Δx=1.59×10-7t1/2.856,其扩散方式均为体扩散机制;Al-W界面的扩散方程分别为Δx=3.72×10-7t1/4.050和Δx=3.89×10-8t1/3.895,其扩散方式均为表面扩散机制;Ni-W界面的扩散方程分别为Δx=2.33×10-7t1/6.534和Δx=2.22×10-7t1/7.887,其扩散方式均为表面扩散机制;得到不同界面扩散活化能模型,其中Ni-Al界面扩散活化能方程为KNi-Al=e-12.601/T+1.737,Al-W界面扩散活化能方程为KAl-W=e-13.595/T+3.957,Ni-W界面扩散活化能方程为KNi-W=e-13.735/T+5.056,并计算出Ni-Al-W活性材料不同界面的扩散活化能的值,其中Ni-Al界面、Al-W界面和Ni-W界面的摩尔原子活化能分别为104.765KJ/mol、113.029KJ/mol、114.192KJ/mol。
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