AlB2材料合成工藝及分解機(jī)制研究.pdf

1、B以其高體積熱值(1310MJ/m3)和質(zhì)量熱值(58.3MJ/kg)等優(yōu)點(diǎn)成為貧氧富燃料固體推進(jìn)劑理想的高能量添加組份。在使用過程中，無定形B粉表面易氧化，使其表面被B2O3或締合態(tài)BxO氧化物膜所包覆，阻止其繼續(xù)氧化，導(dǎo)致B粉燃燒效率大幅降低（通常接近90％的B未燃燒）。為了解決B粉燃燒效率不高以及B在HTPB體系中存在的工藝惡化問題，國(guó)外早已開始研究采用金屬硼化物代替B粉，提高B燃燒效率，目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。目前在火炸藥和固體火

2、箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料中普遍采用的金屬硼化物是AlB2或MgB2。考慮到Al的熱值高于Mg，AlB2應(yīng)該是最佳的選擇。由于其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)AlB2材料的合成工藝及分解機(jī)制的研究結(jié)果很少被報(bào)道。目前AlB2的制備技術(shù)主要分為熔煉和固相燒結(jié)兩大類。熔煉法制備AlB2的產(chǎn)率和純度不高，固相燒結(jié)法因設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、成本較低、產(chǎn)率較高，無疑是規(guī)?；苽銩lB2的最佳方案。本文以固相燒結(jié)法制備AlB2粉末為研究對(duì)象，首先計(jì)算了Al-B體系二元穩(wěn)定相的

3、生成自由能，以此為基礎(chǔ)采用差熱分析技術(shù)、顯微組織觀察和相分析技術(shù)，結(jié)合粉末燒結(jié)理論和熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，系統(tǒng)研究了原位燒結(jié)過程中AlB2的成相規(guī)律以及Al-B體系穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)化問題。本論文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　對(duì)Al-B體系熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果顯示，在300～1223K范圍內(nèi)AlB2的生成反應(yīng)Gibbs自由能變?yōu)樨?fù)值;在1000～2000K范圍內(nèi)AlB12的生成反應(yīng)Gibbs自由能變?yōu)樨?fù)值;在1000～1300K范圍內(nèi)AlB2的分

4、解反應(yīng)Gibbs自由能變?yōu)樨?fù)值。與AlB2相相比，高溫條件下AlB12相更穩(wěn)定。DSC分析結(jié)果顯示，液-固反應(yīng)更有利于Al、B反應(yīng)形成AlB2相，但如果熱處理溫度超過1000℃，AlB2相將被分解成Al和AlB12。
　　采用擴(kuò)散偶法研究AlB2成相過程中發(fā)現(xiàn)，低溫?zé)崽幚頃r(shí)，Al、B之間的反應(yīng)屬于典型的反應(yīng)擴(kuò)散過程，即Al以擴(kuò)散的方式通過已生成的AlB2層與B反應(yīng)生成新的AlB2相。當(dāng)升高熱處理溫度后，Al被熔化，液態(tài)Al擴(kuò)散滲透

5、入B層，有效地提高了AlB2的生成速度。
　　擴(kuò)散偶實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，固-液反應(yīng)有利于獲得AlB2相。在進(jìn)一步的研究過程中，首先討論了原始粉末狀態(tài)對(duì)AlB2成相行為的影響。結(jié)果表明，不規(guī)則狀A(yù)l粉相比于球形Al粉更利于Al、B反應(yīng)生成AlB2相，降低Al粉粒度和提高B粉純度也有利于獲得AlB2相;其次討論了熱處理工藝參數(shù)對(duì)AlB2成相行為的影響。結(jié)果表明:在氬氣保護(hù)條件下，Al、B比例為1∶2、升溫速率采用4℃/min、在900℃條

6、件下熱處理3h是最佳的合成條件;第三、對(duì)熱處理氣氛影響的研究結(jié)果顯示，在真空條件下熱處理更利于AlB2相的形成;第四、多次反復(fù)熱處理不利于獲得高純AlB2相，一次燒結(jié)更佳。
　　高溫下AlB2相分解研究結(jié)果表明，熱處理溫度對(duì)AlB2相的分解有決定性影響，保溫時(shí)間對(duì)AlB2相的分解也有影響。AlB2相的分解開始溫度約在1000℃～1050℃之間。在1050℃熱處理3h后，AlB2相將被完全分解。對(duì)AlB2相的回復(fù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，在