自蔓延高溫合成實(shí)驗(yàn)壓力與燃燒速率測(cè)試方法研究

摘要：自蔓延高溫合成技術(shù)是利用原料在初始點(diǎn)燃條件下化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高熱，使燃燒反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行，從而得到新的成分和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。通過(guò)對(duì)自蔓延高溫合成實(shí)驗(yàn)壓力和燃燒速率測(cè)試方法的研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，選擇合適的壓力傳感器，并自行設(shè)計(jì)有效的燃燒速率測(cè)試系統(tǒng)，合理選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編制滿足測(cè)試需求的數(shù)據(jù)采集及控制程序，獲取大量有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為測(cè)定自蔓延燃燒過(guò)程中的壓力和速率變化曲線，進(jìn)行反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)反應(yīng)安全進(jìn)行評(píng)估，提供有力的數(shù)據(jù)支持，并對(duì)相關(guān)研究具有重要的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：自蔓延高溫合成；壓力測(cè)試；速率測(cè)試；傳感器

自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperatureSynthesis，SHS)技術(shù)是利用原料在初始點(diǎn)燃條件下化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高熱，使燃燒反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行，從而得到新的成分和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。SHS技術(shù)合成速度快、溫度高、合成產(chǎn)品稀疏多孔(孔隙的形成，一方面是由于反應(yīng)過(guò)程中原料中的氣體在急劇的升溫梯度下膨脹造成的，另一方面是雜質(zhì)的釋放、燃燒波的振蕩所造成的)。而孔隙度太高不利于長(zhǎng)期固化包容有害物質(zhì)，有研究表明在含砂鋁熱劑熔融狀態(tài)時(shí)施加壓力，可提高生成材料的致密性。為測(cè)定自蔓延燃燒過(guò)程中的壓力變化曲線，進(jìn)行反應(yīng)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)反應(yīng)安全進(jìn)行評(píng)估，有必要對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行系統(tǒng)的壓力和燃燒速率測(cè)量。

1 溫度測(cè)量系統(tǒng)組成及監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取
純鋁熱劑燃燒理論計(jì)算溫度在3 000℃以上，自蔓延高溫合成固化項(xiàng)目中采用的是加砂鋁熱劑，燃燒過(guò)程中砂子熔融吸收部分熱量降低鋁熱劑的燃燒溫度，且燃燒速度放慢，降低了純鋁熱劑燃燒時(shí)的劇烈反應(yīng)。
1. 1 含砂鋁熱劑壓力測(cè)試
1. 1. 1 壓力測(cè)試原理

壓力傳感器選用壓阻壓力傳感器，由于容器內(nèi)溫度過(guò)高，可選擇壓為傳遞的方式來(lái)測(cè)量。傳感器分3段，前端為感應(yīng)部分，中段是壓力傳遞部分，后端是測(cè)試芯片及變送器。前端伸進(jìn)罐內(nèi)約10 mm，與罐內(nèi)填充砂土有一定距離，并罩上紗網(wǎng)，防止大量砂土進(jìn)入空腔，感應(yīng)膜片選擇在高溫下受壓變形量小的膜片；中間壓力傳遞部分選擇壓縮性小的硅油，壓力傳遞快、損失小，硅油毛細(xì)管的長(zhǎng)度可根據(jù)所測(cè)壓力的溫度來(lái)決定；后端采用普通應(yīng)變片或者壓阻芯片均可，直接測(cè)量硅油傳遞的壓力并轉(zhuǎn)換成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流。前端設(shè)計(jì)成小法蘭或者螺紋形式與罐體密封。這種方式可實(shí)現(xiàn)溫度為400℃左右時(shí)的靜態(tài)壓力測(cè)量，可滿足實(shí)驗(yàn)需求。