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纳米复合含能材料RDX/Fe_2O_3-Al_2O_3的制备与表征

作　者: 宋雪雪
导　师: 张景林
学　校: 中北大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 溶胶-凝胶 二元气凝胶 超临界干燥 纳米复合物 机械感度
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


获得高能量密度是含能材料研究的一个目标，而含能材料纳米级的复合组装，不仅可以实现高能量密度与高威力的结合，还可以综合高能量释放速率和效率性能优势。本论文应用溶胶-凝胶和超临界流体技术制备了二元氧化物气凝胶Fe2O3-Al2O3，同时实现了RDX与气凝胶的纳米级复合，通过扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）对其形貌、粒度和成分进行表征，最后对制备的纳米复合含能材料RDX/Fe2O3-Al2O3进行机械感度的性能测试。本论文通过大量的实验探索了溶胶-凝胶法制备二元氧化物气凝胶的工艺条件，金属盐FeCl3·6H2O和AlCl3·6H2O的摩尔比为2:1，每摩尔金属盐离子需要添加体积比为2:1的二甲基甲酰胺，乙酸乙酯混合溶剂的量为2500-3000mL，环氧丙烷与金属盐离子的摩尔比为1:300-1:430，陈化时间为24h，此条件下制备的湿凝胶性质稳定、骨架结构较好。在此基础上，将含能材料RDX溶解于混合溶剂，使其以分子状态进入凝胶三维结构，通过超临界干燥即可得到RDX质量分数为90%的复合含能材料，其中超临界干燥工艺的压力15MPa，温度45℃，进气速度16L/h，保压30min，换气速度2L/h，泄压速率3bar/min。扫描电镜对形貌和结构的测试结果表明，纳米复合物颗粒呈圆球形，粒径在50nm左右，分布窄且均匀，孔洞结构完整有效地控制了RDX的生长；傅里叶红外光谱仪对复合物成分的分析结果表明，复合物中既存在Fe2O3和Al2O3的特征峰，也含有RDX的特征峰。此外，对纳米复合物进行了两项性能测试，对撞击感度测试结果的分析得到，实验制备的复合物比原料RDX、90%RDX的机械混合复合物的特性落高提高42.3cm、27.1cm，而且随着RDX质量百分比的减少，撞击感度降低；摩擦感度测试结果表明：复合物中RDX质量百分比增加，摩擦感度随之提高。机械感度测试结果显示，与RDX相比纳米复合含能材料感度都有所降低，这说明所制备的复合物钝感化，安全性提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 纳米复合含能材料的研究概况  10-13
  1.3 超临界干燥工艺研究概况  13-14
  1.4 二元氧化物气凝胶的研究概况  14-16
  1.5 纳米复合含能材料的表征技术  16
  1.6 论文的研究方法和内容  16-18
    1.6.1 研究方法  16-17
    1.6.2 研究内容  17-18
2 纳米复合含能材料制备原理  18-26
  2.1 溶胶-凝胶法制备纳米复合材料的原理  18-19
    2.1.1 基本概念  18
    2.1.2 溶胶-凝胶原理  18-19
  2.2 超临界流体干燥纳米复合含能材料的工艺  19-23
    2.2.1 基本概念  20
    2.2.2 超临界流体概述  20-22
    2.2.3 超临界 CO_2干燥工艺  22-23
  2.3 结晶理论  23-26
    2.3.1 经典结晶理论及影响因素  23-24
    2.3.2 超临界干燥结晶理论及影响因素  24-26
3 Fe_2O_3-Al_2O_3二元氧化物气凝胶的制备及表征  26-37
  3.1 实验所需试剂及设备  26-27
  3.2 气凝胶的制备  27-29
  3.3 二元气凝胶的表征  29-32
  3.4 实验结果分析与讨论  32-35
    3.4.1 铁盐与铝盐配比以及环氧丙烷加入量对凝胶的影响  32-33
    3.4.2 DMF、乙酸乙酯混合溶剂加入量对凝胶的影响  33
    3.4.3 超声波对凝胶的影响  33-34
    3.4.4 干燥方式对凝胶的影响  34-35
  3.5 结论  35-37
4 RDX/ Fe_2O_3-Al_2O_3纳米复合含能材料的制备及表征  37-49
  4.1 实验试剂和设备  37
  4.2 RDX/Fe_2O_3-Al_2O_3纳米复合含能材料的制备  37-38
  4.3 RDX/ Fe_2O_3-Al_2O_3纳米复合含能材料的表征  38-40
  4.4 实验结果与讨论  40-48
    4.4.1 RDX 的添加量对凝胶的影响  40-41
    4.4.2 混合溶剂选择对复合物的影响  41-42
    4.4.3 陈化时间对凝胶的影响  42
    4.4.4 超临界干燥工艺参数  42-48
  4.5 结论  48-49
5 纳米复合含能材料的性能测试  49-54
  5.1 所需试剂与仪器  49
  5.2 待测试样的制备  49
  5.3 机械感度测试  49-51
    5.3.1 撞击感度测试  50
    5.3.2 摩擦感度测试  50-51
  5.4 实验结果与讨论  51-53
    5.4.1 撞击感度测试结果分析  51-52
    5.4.2 摩擦感度测试结果分析  52-53
  5.5 结论  53-54
6 结论  54-56
参考文献  56-61
攻读硕士学位期间所发表的论文及所取得的研究成果  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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