烟火药界面间点火反应机理实验研究(2)
2.4.1 镁粉与硝酸钾的热分析曲线8
2.4.2 镁粉与硝酸锶的热分析曲线10
2.4.3镁粉与高氯酸钾的热分析曲线12
3颗粒大小对起始反应温度影响的研究15
3.1颗粒大小对反应影响的分析15
3.2.镁粉与硝酸钾反应的实验结果分析16
3.3镁粉与硝酸锶反应的实验结果分析17
3.4镁粉与高氯酸钾反应的实验结果分析18
结 论20
致谢 21
参考文献22
1 引言
物质(材料)被细化后会产生较强的表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,使得小粒径物质具有与块状物质不同的物理性质和化学性质。在化学反应中,反应物粒度是影响化学反应的一个重要因素。相比块状反应物,小颗粒反应物具有更快的反应速率,更高的转化率等。镁粉是烟火药配方中常见的可燃物质。它具有优异的发光性能，高放热，容易点火，稳定燃烧，被广泛应用在诱饵剂，照明剂，闪光剂，烟花爆竹等，镁粉的燃烧性能也得到了广泛的研究。代表性的烟火氧化剂如硝酸钾， 硝酸锶和高氯酸钾已被广泛用于在与镁粉组合得到的烟火药，以及广泛的研究工作都集中在他们的外推点火温度温度和起始反应温度。细化物质会产生较强的表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,使得小粒径物质具有与块状物质不同的物理性质和化学性质 。金属颗粒尺寸与氧化剂颗粒尺寸、非金属可燃物颗粒尺寸与氧化剂颗粒尺寸对点火、燃烧反应过程有影响。细化的反应物具有更快的反应速率。反应物颗粒度也会对烟火药的外推点火温度和起始反应温度产生影响。研究反应物粒度对反应的影响，可用于烟火药的生产应用，新型烟火药的研发。
1．1 反应物颗粒度对化学反应影响的研究现状
1.2差热分析仪（Differential Thermal Analysis,DTA）的应用
差热分析(Differential Thermal Analysis,DTA)在烟火药系统中有着广泛的应用,可用来测定烟火药的分解温度、点火温度、反应过程中能量的变化等。DTA主要与试样是否发生伴随热效应的过程有关,是在程序控制温度下,测量试样与参比物质之间的温度差Δt温度T (或时间t)关系的一种分析技术,所记录的曲线是以Δt纵坐标,以T (或t)为横坐标的曲线,称为差热曲线或DTA曲线,反映了在程序升温过程中,Δt的函数关系:Δt= f(T)。
1.1差热分析仪原理图
图1.1 给出了 DTA原理示意图,其中参比物质是一种在所测量温度范围内不发生任何热效应的物质。通常使用的参比物质是灼烧过的α-Al203或MgO。加热时,温度T及温差ΔT分别由测温热电偶及差热电偶测得。差热电偶是由分别插在试样S和参比物R的二支材料、性能完全相同的热电偶反向相连而成。当试样S没有热效应发生时,组成差热电偶的二支热电偶分别测出的温度Ts、Tr相同,即热电势值相同,但符号相反,所以差热电偶的热电势差为零,表现出ΔT=Ts-Tr=0,记录仪所记录的ΔT曲线保持为零的水平直线,称为基线。若试样S有热效应发生时,Ts≠Ts，,差热电偶的热电势差不等于零,即ΔT=Ts-Tr≠0，,于是记录仪上就出现一个差热峰。当热效应是吸热时,ΔT=Ts-Tr<0,吸热峰向下,当热效应是放热时,ΔT〉0,放热峰向上。当试样的热效应结束后,Ts、Tr又趋一样,ΔT恢复为零位,曲线又重新返回基线。对差热分析(DTA)而言,其中涉及到很多重要的参数,如外推反应温度Te,终止温度Tg,峰值温度Tm以及峰面积S等,利用不同的参数值可以得到不同的信息。
外推反应温度Te是一个重要的参数值。在二元或者多元的烟火药系统中,Te为点火温度即由缓慢的氧化状态变到反应能自动加速到高速燃烧的瞬间状态相对应的温度。但是目前的研究基本上都是对差热分析实验中所得各参数值的直接应用,很少有对Te之前的变化过程进行研究。从DTA曲线上看到,烟火药的燃烧反应过程中,Te是放热速率瞬间增大的温度值。在Te之前,反应开始缓慢放热,由于放热量不大,反应处于预反应阶段,此时所对应的反应温度为起始反应温度Ti。通过对Te之前的反应过程进行研究,得到烟火药的起始反应温度,这对控制烟火药反应的发生起着决定的作用。