Моделирование физико-химических процессов при использовании наноразмерных порошков металлов в высокоэнергетических материалах

• Автор: Комарова, Марина Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ В ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
1.1 Физико-химические свойства нанопорошков
1.2 Свойства высокоэнергетических композиций с нанометаллами
1.3 Проблемы применения нанопорошков в ВЭМ и пути их решения
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования
2.3 Методики экспериментов, применяемые в работе
2.4 Способы нанесения «защитного» покрытия
2.5 Определение скорости горения
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Динамика поведения нанопорошков в среде связующего
3.2 Термогравиметрия и дифференциальный термический анализ
3.3 Продукты окисления
3.4 Химическая совместимость компонентов
3.5 Влияние «защитных» покрытий на свойства наноалюминия
3.6 Г орение составов
4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ
4.1 Закономерности структурных преобразований агломератов
4.2 Электрохимические взаимодействия
4.3 Образование интерметаллидов
4.4 Эффективное «защитное» покрытие наноалюминия
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт использования результатов диссертационной работы (ОАО «ФНПЦ «Алтай»)
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт использования результатов диссертационной работы (ФГБУН ИПХЭТ СО РАН)
ВВЕДЕНИЕ
В 70-х годах прошлого столетия впервые в нашей стране томскими физиками методом электрического взрыва проводников (ЭВП) получены наноразмерные порошки металлов [1, 2]. Свойства этих порошков тщательно исследовались рядом учёных более двадцати лет. Наиболее подробно изучено строение частиц, их окисляемость в различных газовых атмосферах и горение [3 -12]. И поскольку такие порошки изначально характеризовались как несущие «запасённую энергию» [13], то в первую очередь ими заинтересовались разработчики высокоэнергетических материалов (ВЭМ). На протяжении последних десятилетий влияние нанопорошков на термические и баллистические характеристики энергетических конденсированных систем, в том числе в составах смесевых твёрдых топлив (СТТ), было проверено на практике [14 - 18], а также, в теоретических и численных экспериментах по моделированию физикохимических и быстропротекающих процессов; основной акцент при этом был направлен на прогнозирование специфических особенностей воспламенения и горения частиц малого размера относительно равномерно распределённых в объёме композиции или в полимерной матрице [19 - 25].
Однако, в многочисленных работах и публикациях касающихся полимерных композиций не исследовалось реальное поведение электовзрывных порошков в процессе изготовления высокоэнергетических материалов, когда металлические наночастицы вносятся в пластифицированный полимер. Ряд упрощений, принятых сегодня при моделировании структуры смесевых твёрдых топлив приводит к тому, что с одной стороны не учитывается изначально пористая структура агломерированных частиц нанопорошков, представляющих собой дисперсную систему способную менять свои свойства, например, во время такой технологической процедуры, как вымешивание. С другой стороны - то, что современные перспективные горючие-связующие вещества (ГСВ), содержащие полимер и пластификатор, могут быть «активными» в отношении металлических

(таблица 2.2, образцы 7 - 10), обработанные кроме оксихинолина, таким химическим реагентом, как глицин (аминоуксусная кислота, аминоэтановая кислота, С2Н5ЫОг). В качестве растворителей применялись: вода
(дистиллированная), безводный изопропиловый спирт (ИПС), петролейный эфир (легкий бензин) и этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты, С4Н8О2). Технологии нанесения покрытий описаны подробно в п. 2.4.
Таблица 2.2 - Типы обработки и химический состав пассивирующих растворов
нанопорошков «Alex»
№ Код образца Химический реагент Растворитель Типы пассивации
Воздух, ч Раствор,%
1 А1
2 А1(ГлВ) глицин вода 72
3 А1(Г лС) глицин ИПС 72 0,
4 А1(ОкХ) оксихинолин ИПС 72
5 Al(Vit) «Уйоп» этилацетат 2
6 Al(CyP) «Сурэл» этилацетат 2
7 А1(ГкС) глиоксаль ИПС 2 2,
8 А1(СтК) стеариновая петролейный 2
кислота эфир
9 А1(ОкН) оксихинолин ИПС 2 0,
10 А1(ОкВ) оксихинолин вода 72
В экспериментах по изучению влияния нанометаллов на скорость горения использовался октоген (НМХ), средний размер кристаллов которого -120 мкм.
2.2 Методы исследования
Для исследования структурных особенностей композитов и отдельных компонентов, входящих в их состав, были выбраны визуализационные методы, используемые в материаловедении [108], необходимые при изучении морфологии материала, то есть для определения размера, формы, распределения частиц в пространстве и т.п. Для описания на качественном и количественном уровнях объектов мезоструктуры композиций (диапазон 200 1000 мкм) был выбран