1  绪论

1。1  引言

众所周知，石油、煤矿等燃料的产量是有限的，而这些燃料是现代工业不可或缺的物质，在不久的将来，这些燃料就会消耗殆尽，并且这些燃料燃烧时会放出温室气体，造成温室效应，所以人们一直努力地在寻找更多可替代的环保能源。因此，铝和铝合金一直被认为是能源产业中最有前途的可替代能源。这是因为，Al是地壳中含量最丰富的金属，价格低廉，其燃烧产生的热量大，并且可以被回收。 

1。2  国内外研究现状

1。3  本课题的研究内容

由于本课题研究的是铝基金属燃料的自蔓延燃烧过程的热响应，因此需要对给定的体系预测其SHS过程实现的可能性，目前使用的最为可靠的方法是计算给定混合体系的绝热燃烧温度，绝热燃烧温度即是反应的放热使体系能够达到的最高温度。

Merzhanov等[11]经过研究，对多元体系中，SHS反应被引发后能否自我维持，提出了以下的经验判据：当绝热燃烧温度Tad大于1800k时，SHS反应才能自我维持进行下去。Mnuir[12]发现一些Tad低于其熔点Tm的化合物生成热与比热容(298k)的比值，大于2000k时(对应于Tad大于1800k)，反应才能自我维持进行下去。国内外研究人员，已经对一些比较容易测量的体系，将绝热燃烧温度的计算值与实际值进行了比较，并且总结了出来。经过查阅，Ni与Al的摩尔比为1:1的体系的Tad为1910k，满足Merzhanov提出的经验条件，因此选定Ni:Al=1:1体系作为本课题的研究对象。

本课题的主要内容为Ni-Al金属燃料的热响应性的研究，具体的研究内容如下：

(1)金属燃料药柱的制备

将经过预处理的不同质量的1:1(摩尔比)的Ni粉和Al粉，放入模具中，在一定压力下与点火药一起压成一定直径的药柱。使用XRD对金属燃料部分进行检测，确认点燃前物质间没有发生反应。

(2)燃烧实验

将压好的Ni-Al金属燃料药柱放置在空气中，在室温下，利用自制的化学能源点火，使用非接触式远红外测温仪和自制的接触式热电偶测温仪同时记录药柱的燃烧温度、燃烧时间等数据。对燃烧产物进行XRD表征，确认反应产物。

(3)计算反应的活化能。

依据测得的温度与时间的曲线的变化情况，对药柱进行活化能的计算，判断反应的难易程度。

(4)理论模型的建立和拟合论文网

根据Ni-Al金属燃料反应的过程和机理，建立相应的理论模型，对Ni-Al金属燃料的单位面积加热层热量、加热层厚度、点火延迟时间进行计算，判断Ni-Al金属燃料的热响应性。

理论上来说，使用点火药对Ni-Al药柱进行引燃，如果金属燃料的质量较少，那么此时金属燃料压制成药柱的高度与点火药的高度就比较接近，点燃点火药后，点火药燃烧产生的火焰可将整个药柱包围，即能够将药柱整体加热到着火温度，因此可以将这一燃烧过程看成是热爆的过程；当金属燃料的质量逐渐增加到一定值时，点火药燃烧产生的火焰不足以将药柱整体加热到着火温度，而只能点燃与点火药相邻近的一层金属粉末，此时金属燃料燃烧产生的热量将之后的药柱点燃，燃烧逐渐传递下去，反应能够自持，那么就可以将这一燃烧过程视为自蔓延燃烧过程，图1。1为自蔓延燃烧反应过程的示意图。

图1。1 自蔓延燃烧反应过程示意图

2  铝基金属燃料的制备及热响应测试

本课题将点火药与不同质量的Ni:Al=1:1金属粉末在一定的压力下压成一定直径的药柱，在空气中用化学能源点燃，使用非接触式远红外测温仪和接触式热电偶测温仪同时测试其燃烧温度、燃烧时间等。