论文摘要
B以其高体积热值（1310MJ/m3）和质量热值（58.3MJ/kg）等优点成为贫氧富燃料固体推进剂理想的高能量添加组份。在使用过程中,无定形B粉表面易氧化,使其表面被B203或缔合态BxO氧化物膜所包覆,阻止其继续氧化,导致B粉燃烧效率大幅降低（通常接近90%的B未燃烧）。为了解决B粉燃烧效率不高以及B在HTPB体系中存在的工艺恶化问题,国外早已开始研究采用金属硼化物代替B粉,提高B燃烧效率,目前已经进入实用阶段。目前在火炸药和固体火箭冲压发动机燃料中普遍采用的金属硼化物是AlB2或MgB2。考虑到Al的热值高于Mg, AIB2应该是最佳的选择。由于其特殊的应用领域,对AlB2材料的合成工艺及分解机制的研究结果很少被报道。目前AlB2的制备技术主要分为熔炼和固相烧结两大类。熔炼法制备AlB2的产率和纯度不高,固相烧结法因设备和工艺简单、成本较低、产率较高,无疑是规模化制备AlB2的最佳方案。本文以固相烧结法制备AlB2粉末为研究对象,首先计算了Al-B体系二元稳定相的生成自由能,以此为基础采用差热分析技术、显微组织观察和相分析技术,结合粉末烧结理论和热力学、动力学分析,系统研究了原位烧结过程中AlB2的成相规律以及Al-B体系稳定相的转化问题。本论文的主要内容和结论如下：对Al-B体系热力学计算的结果显示,在300-1223K范围内AlB2的生成反应Gibbs自由能变为负值；在1000-2000K范围内AlB12的生成反应Gibbs自由能变为负值；在1000-1300K范围内AlB2的分解反应Gibbs自由能变为负值。与Al82相相比,高温条件下AlB12相更稳定。DSC分析结果显示,液-固反应更有利于Al、B反应形成A1B2相,但如果热处理温度超过1000℃,AlB2相将被分解成Al和AlB12。采用扩散偶法研究AlB2成相过程中发现,低温热处理时,Al、B之间的反应属于典型的反应扩散过程,即Al以扩散的方式通过已生成的AlB2层与B反应生成新的A1B2相。当升高热处理温度后,Al被熔化,液态Al扩散渗透入B层,有效地提高了AlB2的生成速度。扩散偶实验的结果显示,固-液反应有利于获得AlB2相。在进一步的研究过程中,首先讨论了原始粉末状态对AlB2成相行为的影响。结果表明,不规则状A1粉相比于球形Al粉更利于Al、B反应生成AlB2相,降低Al粉粒度和提高B粉纯度也有利于获得AlB2相；其次讨论了热处理工艺参数对AlB：成相行为的影响。结果表明：在氩气保护条件下,Al、B比例为1：2、升温速率采用4℃/min、在900℃条件下热处理3h是最佳的合成条件；第三、对热处理气氛影响的研究结果显示,在真空条件下热处理更利于Al82相的形成；第四、多次反复热处理不利于获得高纯AlB2相,一次烧结更佳。高温下AlB2相分解研究结果表明,热处理温度对AlB2相的分解有决定性影响,保温时间对AlB2相的分解也有影响。AlB2相的分解开始温度约在1000℃～1050℃之间。在1050℃热处理3h后,AlB2相将被完全分解。对AlB2相的回复实验研究结果显示,在900℃～1150℃范围内,改变热处理温度和Al粉与AlB12粉的比例都不能使Al与AlB12反应生成AlB2,也就是说在本论文的研究条件下,AlB2相的分解过程不可逆。
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