Название работы
Кремний как компонент пиротехнических составов
Выбор окислителя. Термодинамический расчет
Природа окислителей, соотношение компонентов
Зависимость скорости горения от содержания кремния
Исследование характеристик составов на основе модифицированных компонентов
Влияние размера частиц на параметр горения
Влияние добавок на скорость горения составов с кремнием
Выводы
118.43K
Категория: ФизикаФизика

Возможности применения кремния как горючего в пиротехнических составах

1. Название работы

Студент Руководитель - д.т.н., профессор Коробков А.М.

2.

• Объектом исследования является пиротехнические
составы на основе кремния и неорганических
окислителей.
• Цель работы: определить возможности применения
кремния как горючего в пиротехнических составах.
• Задачи:
• - Провести термодинамические расчеты составов на основе
кремния;
• - Исследовать зависимость скорости горения составов в
зависимости
от
соотношения
компонентов,
природы
компонентов (окислителей), содержания модифицированной
добавки.

3. Кремний как компонент пиротехнических составов

Кремний обладает свойствами, которые делают его перспективным кандидатом для
использования в разного рода наноэнергетических композициях. Он имеет меньший
пассивирующий слой, чем алюминий (около 1 нм, а не 3-6 нм, как у наночастиц алюминия),
что существенно повышает содержание активного кремния. Кремний лучше сохраняет свои
свойства при хранении, в процессах изготовления на его основе ЭКС. Его композиции с
различными окислителями при горении развивают очень высокую температуру. Поверхность
кремния легко функционализируется, что позволяет прививать к его поверхности фрагменты
соединений, облегчающих совмещение наночастиц кремния с различными полимерами,
гелями, пастами и др.

4. Выбор окислителя. Термодинамический расчет

4000
Теплота сгорания,кДж/кг
Температура смеси, К
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
3500
3000
2500
2000
1500
1000
0
0
20
40
60
80
Содержание кремния, %
Si+NaNO3
Si+KCIO4
100
Si+Ф-422
0
20
40
60
80
Содержание кремния,%
Si+NaNO3
Si+KCIO4
Si+Ф-4
100

5. Природа окислителей, соотношение компонентов

2834

1
2
Состав
Массовая
доля,%
Si
NaNO3
СКФ-32(сверх
100%)
70
30
2
Si
KCIO4
СКФ-32*
70
30
2
Скорость
горения,
мм/с
7,21
4,64
Теплота сгорания, кДж/кг
2840
2820
2800
2780
2769
NaNO3
KCIO4
2760
2740
2720
30
Содержание окислителя, %

6. Зависимость скорости горения от содержания кремния

Скорость горения, мм/с
8
7,23
7
6,21
6
5
4,68
4,51
4,95
4,25
4
на NaNO3
на KCIO4
3
Линейная (на NaNO3)
2
Линейная (на KCIO4)
1
0
60
70
Содержание кремния, %
80

7. Исследование характеристик составов на основе модифицированных компонентов

Составы с применением
модифицированных компонентов
Механическое смешивание
6
5
4
Si+ACД-4
модиф
3
Si+МПФ-2
модиф
2
Si+ ПАМ-2
модиф
1
0
Скорость горения, мм/с
Скорость горения, мм/с
6
5
4
3
2
1
Si+ACД-4 механ
Si+МПФ-2
механ
Si+ПАМ-2
механ
0
90/10
80/20
70/30
Соотношение горючих, %
90/10 80/20 70/30
Соотношение кремний-металл, %

8. Влияние размера частиц на параметр горения

Характеристики исходного и измельченного
порошка кремния
Исходный
кремний
Удельная
поверхность
порошка, см3/г
Средний
размер частиц,
мкм
1338,11
19,24
Кремний после
измельчения на
вибромельнице
4107,76
6,27
Сравнение характеристики составов на исходном и
модифицированном кремнии

Состав
Массовая
доля,%
1
Si
NaNO3
СКФ-32*
70
30
2
70
2
SiМ
(кремний –
100%)
NaNO3
СКФ-32*
30
2
Время
Скорость
горения,
горения,
с
мм/с
4,7
3,88
5,1
3,62

9. Влияние добавок на скорость горения составов с кремнием

Исходный СКФ32 - 4%
LiF2
KClO4
ФП-4
NaF
Скорость горения, мм/с
2,5
2,38
2
1,5
1
0,5
0
1,6
1,03
1
1,15

10. Выводы

• Зависимость скорости горения от содержания кремния для составов с
перхлоратом калия имеет экстремальный характер с максимумом при
содержании кремния 70%, для составов с нитратом натрия –
снижающийся характер при содержании кремния свыше 70%.
• Для кремнийсодержащих составов с 70% содержанием горючего, при
переходе с перхлората калия к нитрату натрия скорость горения
увеличивается в 1,01 – 1,3, с 4,66 до 7,17 мм/с.
• Применение фторсодержащих добавок для кремнийсодержащих
составов позволяет регулировать скорость и изменять характер
горения. Наиболее эффективной добавкой для увеличения скорости
горения является NaF, введение её в количестве 2% в состав (Si-55%,
KClO4-41%, СКФ-32 – 4%) за счет СКФ-32 приводит к увеличению
скорости горения пиротехнического элемента 2,1-2,3 раза (с 1,03мм/с
для состава без добавки до 2,28мм/с для состава с NaF).
English     Русский Правила