Ti-Si粉体的冲击反应行为及机理研究

活性金属粉末在冲击波作用下会发生化学反应并伴随剧烈的放热过程，利用这一性质可用于制备金属间化合物，并可用于战斗部毁伤元材料以提高毁伤威力。冲击波作用下活性金属粉末材料的化学反应研究是当前国际上一个前沿的研究课题。本课题拟以高放热的Ti-Si粉体为研究对象，通过实验研究，并结合数值模拟和机理分析研究冲击波引发Ti-Si粉体化学反应中的科学问题。选用Ti-Si粉末前体，系统研究不同前体条件和冲击加载条件对Ti-Si化学反应及金属间化合物形成的影响，通过材料设计、爆炸装置设计、冲击波参量测量、产物结构及性质表征，分析Ti-Si粉体的冲击引发化学反应行为、反应机理及产物结构控制条件，并重点对不同Ti-Si金属间化合物的形成条件和机理以及冲击条件下Ti-Si粉体发生自持化学反应的条件和机理进行分析。本研究对于Ti-Si粉体的冲击反应行为研究及应用具有重要的理论意义和应用价值。

Ti-Si体系是一个高放热的自蔓延燃烧体系，其相组成丰富，硬度大、熔点高，也是一种新型半导体，可作为典型的金属间化合物反应体系和重要的结构和功能材料，具有重要的研究价值和实际应用前景。本项目采用不同粒度的Ti、Si前体进行球磨预处理和冲击加载处理，对其反应行为和产物的结构及光催化性能进行了系统研究。发现对微米级前体，球磨预活化可以有效降低冲击诱导反应的引发阈值，在2.25km/s的飞片加载下，对于经900rpm球磨活化的TiSi2和Ti5Si3组成的前体，可以冲击诱导其发生部分反应形成热力学稳定性较高的Ti5Si3相。而对于微米与纳米混合的前体，直接冲击加载就可以得到预期的TiSi2和Ti5Si3相。光催化制氢活性和结构分析表明，对Ti-Si样品的球磨与冲击复合处理的光催化活性要好于单独的冲击或球磨处理，这是与其活化程度一致的。通过Ti+Si+NH4ClO4体系的冲击诱导微氧化可形成Ti8O15/Ti5Si3的复合光催化剂，可进一步提高其光催化活性。通过冲击加载长圆柱Ti-Si粉体试样，观察到了冲击激发的自蔓延反应。通过控制冲击加载条件，得到了不发生反应或少量反应的Ti-Si等活性金属粉体烧结体。研究成果深化了Ti-Si等活性金属粉体冲击反应行为和机理的认识，对于开展活性金属在含能材料及爆炸与冲击中的应用具有重要的参考价值。