多孔硅粉化学浸蚀条件优化及其含能材料爆炸性能评价

论文摘要

含能材料作为一种特殊能源在国家的军事、国民基础建设中发挥着重要作用。由于常用含能材料存在的爆炸能量瓶颈和环境污染等缺点已越来越多地限制了它们的应用。多孔硅含能材料以其高爆炸特性、爆炸产物环境危害少和与全硅基生产工艺相容等特性而受到世界各国的广泛关注。以硅粉为主要原料,优化了多孔硅粉化学浸蚀工艺,同时评价了制备所得的多孔硅粉含能材料爆炸性能。分析了氢氟酸浓度对多孔硅理化性质影响规律。结论如下:①经过化学浸蚀体系筛选,提出采用HF: H2SO4 :H2O:NaNO2浸蚀体系制备多孔硅粉的方案,并采用正交实验优化了化学浸蚀制备多孔硅粉工艺;研究了化学浸蚀过程中氢氟酸浓度对多孔硅含能材料性能的影响,获取经验公式: VHF= 10×（ n+ 1）±2VH2SO4=70 + 5[n（n+1）±1] （n=1、2、3…） .②比表面积测定表明,在一定HF浓度范围内,多孔硅粉的比表面积随其浓度增加而增大;SEM与STM测试结果表明:HF浓度为35﹪时所制备的多孔硅粉表面为粗糙的多孔状,且孔径大小不等,孔直径和深度均为几十纳米,具备纳米材料的特征。③FT-IR测试发现新鲜制备多孔硅粉表面存在Si-H、Si-O、Si-Si键,且发现Si-H键可以钝化多孔硅内表面的复合中心,有利于提高发光强度,对多孔硅的发光起关键性作用,而Si-O键可以起到稳定发光的作用。④测试不同类型硝酸盐对多孔硅粉含能材料爆炸特性的影响;发现除镧系硝酸盐和硝酸钾能够与多孔硅粉形成含能材料外,首次发现硝酸锂也能够与多孔硅粉构成含能材料,并具有较强的爆炸能力。⑤通过TG - DTA、X射线衍射等方法对含能材料爆炸产物进行表征,认为硝酸盐与多孔硅复合后,在电火花激发下,Si-H键断裂,生成SiO2、H2O及含有氮氧化合物的气体。⑥计算在一定的化学浸蚀浓度下制备样品的孔隙率。获取孔隙率与多孔硅含能材料爆炸性能的关系。计算表明孔隙率大于46%的多孔硅粉形成的多孔硅粉含能材料体系具有一定的爆炸能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 含能材料的国内外研究现状
• 1.2 多孔硅的制备方法与理化性质分析
• 1.2.1 多孔硅的制备方法
• 1.2.2 多孔硅的微观结构及形成机制
• 1.2.3 多孔硅的理化性质
• 1.3 多孔硅含能材料的研究现状及应用
• 1.3.1 多孔硅含能材料的研究现状
• 1.3.2 多孔硅含能材料的应用
• 1.4 论文研究目的及内容
• 1.4.1 论文的研究目的
• 1.4.2 论文研究内容
• 2 实验
• 2.1 试剂、材料及仪器
• 2.1.1 试剂及材料
• 2.1.2 仪器
• 2.2 多孔硅粉状及其含能材料制备
• 2.2.1 硅基粉状多孔硅的制备
• 2.2.2 多孔硅粉含能材料的制备
• 2.3 硅多孔粉含能材料理化性质表征
• 2.3.1 光致发光性能（PL）
• 2.3.2 比表面积测定
• 2.3.3 表面形貌（SEM）及微结构（STM）
• 2.3.4 表面键分析（FT-IR）
• 2.3.5 差热－热重分析（DTA-TGA）
• 2.3.6 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.4 多孔硅粉含能材料爆炸性能测试
• 2.4.1 声级计构成及工作原理
• 2.4.2 电火花触发下硅基含能材料的爆炸性能
• 3 结果与讨论
• 3.1 多孔硅粉含能材料形成与爆炸过程特点
• 3.1.1 多孔硅粉腐蚀后现象
• 3.1.2 多孔硅粉后处理过程现象
• 3.2 化学浸蚀条件对多孔硅粉理化性质影响
• 3.2.1 化学浸蚀条件优化
• 3.2.2 HF 浓度对多孔硅粉理化性质影响
• 3.2.3 多孔硅粉化学浸蚀机理初探
• 3.3 多孔硅粉含能材料形成条件对其爆炸性能的影响
• 3.3.1 氧化剂对多孔硅粉含能材料爆炸性能影响
• 3.3.2 贮存方法对多孔硅粉含能材料爆炸性能影响
• 3.3.3 硅基粉状含能材料爆炸产物分析
• 3.4 电火花触发下多孔硅粉含能材料的爆炸特性
• 3.4.1 多孔硅粉含能材料爆炸现象与特点
• 3.4.2 化学浸蚀液的实验结果
• 3.4.3 浓度对多孔硅粉含能材料爆炸性能影响
• 3.4.4 孔隙率对多孔硅粉含能材料爆炸性能影响
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录