新型金属铝氟聚物含能材料制备及其结构性能研究.pdf

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1、新型金属铝/氟聚物含能材料制备及其结构性能研究张晶晶2015年6月中图分类号：O521+.23UDC分类号：540新型金属铝/氟聚物含能材料制备及其结构性能研究作者姓名张晶晶学院名称材料学院指导教师陈鹏万教授答辩委员会主席邢长民工程师申请学位级别工学硕士学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2014年6月8日Thepreparationandstructurepropertiesresearchofnovelnanometeraluminum/fluorinatedpolymerenergeticmate

2、rialCandidateName：JingjingZhangSchoolorDepartment:MaterialsScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.PengwanChenChair,ThesisCommeetee：Prof.ChangminXingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDenfenceJ

3、une8，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要金属铝/氟聚物含能材料，是一类新型的纳米含能材料，其高能、钝感和独特的能量释放特性，使其成为一类重要的军用和民

4、用新型含能材料。对于金属铝/氟聚物含能材料，国内外研究较多的是微米级含能材料的释能特性表征，国外一些关于纳米级材料的报道的研究热点主要集中于纳米铝的制备、表面修饰和金属与氟聚物的有效结合，作为纳米尺寸效应和界面效应对这一含能体系的影响系统研究还未见报道。本文在国内外研究基础上，探索制备获得新型纳米铝/氟聚物核壳型含能结构粉体，并对其静态和动态冲击释能特性进行了系统的探究。在材料的制备工艺中，我们创新性地提出了采用氟橡胶在复合材料中既充当粘结剂又充当反应试剂的观点，利用氟橡胶可溶于有机溶剂的特点来实现氟聚物对铝颗粒的包覆

5、，同时又不会在体系中引入杂质。在对纳米铝颗粒包覆之前对其进行了表面功能化，功能化的壳层可以起到隔绝空气，保持纳米铝活性的目的。这样既解决了材料在空气中的由于比表面积大导致的稳定性问题，在之后的氟聚物包覆过程中功能化壳层又可以起到有机过渡层的作用，使氟聚物与铝颗粒结合更加紧密，从以上两个方面提高的材料的结构特性。本文对新型纳米铝/氟聚物含能结构材料的释能特性进行了探究，主要包括对静态释能特性和冲击释能特性的探究，设置了新型纳米铝含能材料和传统微米铝含能材料的平行实验，利用XRD，TEM，SEM和TG-DSC等测试技术对回

6、收试样的结构及理化性能进行表征。静态释能特性作为含能材料的重要的性能参数很好反映出含能材料的能量密度水平以及反应活性。本论文中测量铝含量50%的金属铝/氟聚物材料的燃烧热爆热分别为18kJ/g和7kJ/g。在点火实验中，铝含量26.5%以上的纳米铝/氟聚物含能材料全部点火成功，而微米铝/氟聚物含能材料只有铝含量达到50%才能点火成功，充分说明了纳米铝含能材料比传统的微米铝材料具有更高的活性和更低的反应阈值。在冲击释能特性研究实验部分，我们分别对新型金属铝/氟聚物含能材料的体相飞片冲击释能特性和平面薄膜激光冲击释能特性进

7、行了探究，成功找到了局部“热点”反应现象，并对材料的冲击反应阈值进行了探究。飞片冲击实验中微米铝/氟聚物含能材料I北京理工大学硕士学位论文的冲击反应阈值条件是铝含量10%，飞片冲击速度3.07km/s，而纳米铝/氟聚物含能材料的冲击反应阈值条件是铝含量10%，飞片冲击速度2.52km/s。结果表明，组分中的金属铝对材料的冲击引发反应的阈值条件有至关重要的作用，纳米铝在氟聚物基含能材料中的应用，改善了材料的结构特征，在反应中可以更快的达到反应活化温度，对提高材料整体的能量密度和能量释放率都具有重要意义。关键词：纳米铝；氟

8、聚物；包覆；释能特性II北京理工大学硕士学位论文AbstractAluminum/fluorinepolymerenergeticmaterialisakindofnewadvancedenergeticmaterial.Itshighenergy,insensitiveanduniqueenergyreleasecharacte