自蔓延高溫合成實驗壓力與燃燒速率測試方法研究

摘要：自蔓延高溫合成技術是利用原料在初始點燃條件下化學反應所產生的高溫高熱，使燃燒反應自發地進行，從而得到新的成分和結構的產物。通過對自蔓延高溫合成實驗壓力和燃燒速率測試方法的研究，根據實驗的要求，選擇合適的壓力傳感器，并自行設計有效的燃燒速率測試系統，合理選擇監測點，編制滿足測試需求的數據采集及控制程序，獲取大量有效實驗數據，為測定自蔓延燃燒過程中的壓力和速率變化曲線，進行反應熱力學、動力學分析，對反應安全進行評估，提供有力的數據支持，并對相關研究具有重要的借鑒意義。
關鍵詞：自蔓延高溫合成；壓力測試；速率測試；傳感器

自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperatureSynthesis，SHS)技術是利用原料在初始點燃條件下化學反應所產生的高溫高熱，使燃燒反應自發地進行，從而得到新的成分和結構的產物。SHS技術合成速度快、溫度高、合成產品稀疏多孔(孔隙的形成，一方面是由于反應過程中原料中的氣體在急劇的升溫梯度下膨脹造成的，另一方面是雜質的釋放、燃燒波的振蕩所造成的)。而孔隙度太高不利于長期固化包容有害物質，有研究表明在含砂鋁熱劑熔融狀態時施加壓力，可提高生成材料的致密性。為測定自蔓延燃燒過程中的壓力變化曲線，進行反應熱力學、動力學分析，對反應安全進行評估，有必要對反應體系進行系統的壓力和燃燒速率測量。

1 溫度測量系統組成及監測點選取
純鋁熱劑燃燒理論計算溫度在3 000℃以上，自蔓延高溫合成固化項目中采用的是加砂鋁熱劑，燃燒過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的劇烈反應。
1. 1 含砂鋁熱劑壓力測試
1. 1. 1 壓力測試原理

壓力傳感器選用壓阻壓力傳感器，由于容器內溫度過高，可選擇壓為傳遞的方式來測量。傳感器分3段，前端為感應部分，中段是壓力傳遞部分，后端是測試芯片及變送器。前端伸進罐內約10 mm，與罐內填充砂土有一定距離，并罩上紗網，防止大量砂土進入空腔，感應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，硅油毛細管的長度可根據所測壓力的溫度來決定；后端采用普通應變片或者壓阻芯片均可，直接測量硅油傳遞的壓力并轉換成4～20 mA的標準電流。前端設計成小法蘭或者螺紋形式與罐體密封。這種方式可實現溫度為400℃左右時的靜態壓力測量，可滿足實驗需求。