论文摘要
Mn（Zn）铁氧体在工业上的应用越来越广泛,以快速而又低廉的成本安全制备性能优良的纳米Mn（Zn）铁氧体粉体是业界不断的追求。工业上生产Mn（Zn）铁氧体的方法是高温固相烧结法,这种方法需要在较高的温度下球磨较长时间,消耗大量的能源和资源。虽然目前制备Mn（Zn）铁氧体的方法很多,但同时存在制备工艺缺陷,如一般或涉及到高温或高压下进行,成本过高,或涉及到工艺复杂,条件难以掌控,或涉及毒副作用,推广应用均具有一定难度。本文提出了采用乳化炸药爆轰合成纳米Mn（Zn）铁氧体的方法,即将硝酸铁（Fe（NO3）·9H2O,分析纯）、硝酸锰溶液（Mn（NO3）2·6H2O,50%）、硝酸锌（Zn（NO3）2·6H2O）的混合溶液作为主氧化剂,AN（NH4NO3）作为辅助氧化剂（分散相）,石蜡、凡士林、机油作为还原剂（连续相）,借助乳化剂（SP-80）的作用,设计和制备乳化炸药爆轰合成纳米Mn（zn）铁氧体。并从影响爆轰合成试验的因素,炸药的制备工艺与安全,爆轰产物的状态方程和爆轰合成反应机理等方面进行研究,主要取得了如下成果:（1）研究表明,纳米Mn（Zn）铁氧体的晶体结构、形貌、尺寸、分布以及磁性等可以通过控制炸药的爆轰参数得到调节,纳米颗粒的平均粒径随爆速提高而减小;含9.18%RDX的炸药有利于得到较好分散性的颗粒;负氧平衡和内相AN以及具有较高密度的炸药能够得到相对纯净的纳米产物,爆轰产物在280℃处理能得到纯净的单一组分的纳米Mn（Zn）铁氧体。纳米MnFe2O4粉体原始产物的最大矫顽力和比剩余磁化强度分别约为98.77Oe和2.35emu/g,且随RDX含量（爆速）的提高而减小,但比饱和磁化强度则没有明显影响,其平均值约为20 emu/g;高密度炸药得到的爆轰产物的磁性明显优于低密度炸药得到的爆轰产物的磁性。高爆速炸药得到的爆轰产物的磁性能比低爆速炸药得到的爆轰产物的磁性能相对略差。炸药的爆轰结构对爆轰产物的磁性有明显影响。纯净纳米MnFe2O4晶体的最大矫顽力,比饱和磁化强度和比剩余磁化强度分别达到约105Oe,38.6emu/g和4.6emu/g。纯净纳米MnZn铁氧体晶体的最大矫顽力,比饱和磁化强度和比剩余磁化强度分别达到约78.57Oe,48.39emu/g和4.27emu/g。（2）根据乳化炸药的配方原理,结合爆轰法制备纳米氧化物颗粒的实践,提出一种用于爆轰合成纳米氧化物颗粒的乳化炸药的设计新思路,制备了一种含有大量Fe、Mn（Zn）元素的新型乳化炸药,开辟了乳化炸药的全新应用领域。研究表明,这种乳化炸药具有较大的临界爆轰直径（≥50mm）,爆速可以达到4000m/s以上,金属离子虽然能够显著降低乳化基质的热稳定性,但在常温下能够稳定存在24h,可以满足爆轰合成试验要求。（3）编制了BKW状态方程耦合固体方程计算爆轰参数的程序,改进了BKW原程序计算爆轰参数的不足之处。对含有Fe,Mn元素乳化炸药的爆轰参数进行计算,结果表明,这类乳化炸药的爆压处于6Gpa～11GPa之间,爆温处于1500K～2300K之间。（4）建立爆轰合成纳米Mn（Zn）铁氧体的化学和数学模型,研究爆轰产物之间的平行可逆化学反应,数值模拟优化求解爆炸反应产物的多种固体成分组成和分布以及纳米晶核的扩散生长。结果表明,Mn（Zn）铁氧体只能在一定的温度和压强区域内形成;并证明,Mn（Zn）Fe2O4并不在爆轰反应区内形成,而是在处于局部平衡的气体和固体在爆轰压强和温度迅速卸载后达到较低状态过程中形成的。在爆轰反应区持续的时间内,纳米晶核的成长尺寸半径约为6～16nm。