硼镁合金粉末点火与燃烧机理研究

Contraposing the different characteristics of the combustion temperature and energy of boron and magnesium, the ignition and combustion mechanism of B-Mg alloy will be studied. The B-Mg alloy will be prepared using the mechanical alloying method. The phase change process of B-Mg alloy will be studied by experiment. The rules of the temperature and heat of the phase change following the content of magnesium will be studied. The type and mechanism of the phase change will be posted. The ignition and combustion process will be studied by designing the powder ignition and combustion equipment. The ignition mechanism of B-Mg alloy will be studied by analysing the ignition delay time,ignition temperature, ignition energy and ignition pressure along with the content of magnesium. The combustion model of the B-Mg alloy will be established based on the laminar flow pre-mix flame model combining the combustion characteristic of boron grain. The phase change process and the influence mechanism of magnisium content to the combustion process of alloy powder will be posted. In summary, the results of this work will show that the phase change mechanism,the rules of the content of magnisium to the ignition and combustion process,the rules of the energy efficiency of B-Mg alloy. The study will improve the properties of propellant,explosive and pyrotechnics.

本项目针对硼和镁在点火燃烧温度及能量密度方面的不同特性，拟开展硼镁合金的点火和燃烧机理研究。采用机械合金化法制备硼镁合金粉末，对合金粉末的相变过程进行实验研究，分析合金粉末的相变温度和相变放热量随镁含量变化的规律，揭示硼镁合金的相变结构类型及机理。设计粉末点火燃烧实验装置，研究硼镁合金粉末的点火和燃烧过程，分析镁含量对点火延迟时间、点火温度、点火能量、点火压力等的影响规律，揭示硼镁合金粉末的点火机理。以层流预混火焰传播模型为基础，结合硼颗粒燃烧特点，建立硼镁合金粉末的燃烧模型，分析相变过程及镁含量对合金粉末燃烧过程的影响机制，揭示其燃烧机理。本项目旨在研究硼镁合金粉末的相变机理，揭示镁含量对硼镁合金粉末点火燃烧过程的影响规律以及对硼镁合金粉末能量释放效能的影响机制。本研究对于提高推进剂、炸药和烟火药性能具有重要意义。

可燃金属粉末作为特种能源材料，在火药、推进剂、炸药和烟火药中应用广泛，金属粉末的性能在一定程度上决定了武器装备的战技水平，是实现“远程打击，高效毁伤”的核心技术，是发展先进武器装备的关键性物质基础。突破了硼镁合金粉末制备工艺难题，系统研究了球料比、球磨时间、热处理工艺参数等对合金化的影响，获得了合金化制备工艺。设计并搭建了两套点火燃烧机理试验平台，突破了试验台软硬件设计、安装、调试等难题。开展了硼镁合金的点火和燃烧机理研究，揭示了硼镁合金粉末点火燃烧机理。获得了MgB2化合物的制备工艺条件为：Mg粉和B粉按摩尔比1:2混合后，球磨介质为φ10不锈钢球，球料比20:1，高能球磨12min，热处理温度为580℃，升温速率为5℃•min-1，保温时间为10h，随炉冷却。搭建的基于点火丝的点火燃烧机理试验台主要由五部分功能组成，包括加热部分、测温部分、光强部分、数据采集部分、数据处理部分。搭建的基于激光点火的点火燃烧机理实验系统主要包括激光点火器、燃烧室、数据测试装置三部分。MgB2具有良好的点火特性，其点火最高温度为1019℃，点火反应主要在表面进行，其点火过程可看成两个阶段，在点火初始阶段，火焰较大，其火焰形貌及燃烧状态接近含气态Mg的燃烧；之后的燃烧过程接近B的燃烧过程。873K之前为MgB2的相变阶段，MgB2具有良好的燃烧特性，其恒容燃烧热值为25.03kJ/g，其能量释放效能介于Mg和B之间。相比Mg和B，MgB2样品燃烧速度居中，但其最大燃烧温度接近Mg。其科学意义在于制备硼镁合金材料，利用复合材料的协同效应以获得更好的性能，实现合金材料比单独金属粉材料更低的点火温度，更快的燃烧速度，更弱的燃烧凝聚和更完全的燃烧。揭示了硼镁合金的点火燃烧机理，在点火初始阶段，火焰较大，其火焰形貌及燃烧状态接近含气态Mg的燃烧；之后的燃烧过程接近B的燃烧过程。硼镁合金具有良好的点火和燃烧特性，有望在火药、推进剂、炸药和烟火药中应用。