ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСИ ВОЛЬФРАМА С ТЕФЛОНОМ И ДОБАВКАМИ АЛЮМИНИЯ

Проведен термодинамический анализ и исследована зависимость процессов воспламенения и формирования структуры продуктов в порошковых смесях вольфрама с тефлоном (Tf) и добавками алюминия. Использование вольфрама в качестве одного из компонентов смеси связано с необходимостью получения конденсированных продуктов с большой плотностью, а алюминий применялся в качестве энергетической добавки, понижающей температуру воспламенения и увеличивающей температуру горения смеси. Для исследования использовали составы с фиксированным соотношением вольфрама и тефлона, концентрацию алюминия варьировали в соответствии с формулой (1 – x)(0,8W + 0,2Tf) + xAl = const. Смеси готовили в планетарной мельнице АГО-2 в среде гексана. Затем из них прессовали образцы массой 0,01–0,02 г, которые нагревали в тигле из нитрида бора в среде аргона при атмосферном давлении. Скорость нагрева тигля варьировалась. При достижении температуры воспламенения на термограмме наблюдался резкий скачок температуры образца. Показано что увеличение скорости нагрева повышает температуру воспламенения систем, что может быть связано с переходом из режима теплового взрыва в режим зажигания. Составы с небольшими добавками алюминия в ходе воспламенения и горения образуют большой объем газообразных продуктов, которые либо полностью разлетаются, либо формируют высокопористую структуру. Для систем с высоким содержанием алюминия анализ полученных продуктов показал, что основным является WAl4. При большой концентрации алюминия результаты экспериментов и термодинамических расчетов существенно различаются, что объясняется отсутствием в программе Thermo сведений для алюминидов вольфрама и тем, что реальные условия протекания реакции далеки от равновесных и адиабатических условий. Полученные расчетные и экспериментальные данные показывают, что для образования расплавленных продуктов с высокой плотностью (ρW2C = = 17,2 г/см3) оптимальная концентрация алюминия должна составлять около 10 мас.%. При превышении этого значения образующийся основной продукт WAl4 имеет плотность значительно ниже (ρWAl4 = 6,6 г/см3), что недостаточно для практического применения.

высокоэнергетические смеси металлов с тефлоном, воспламенение, горение, структурообразование

1. Денисаев А.А., Штейнберг А.С., Берлин А.А. Влияние температуры на чувствительность к удару слоевых композиций алюминий—тефлон // Докл. АН. 2009. Т. 428. No. 1. С. 44—47.

2. Thadhani N.N. Shock-induced chemical reactions and synthesis of materials // Progr. Mater. Sci. 1993. Vol. 37. No. 2. P. 117—226.

3. Зелепугин С.А., Долгобородов А.Ю., Иванова О.В., Зелепугин А.С. Ударно-волновой синтез в твердых смесях. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2012.

4. Барамбойм Н.К. Механохимия полимеров. М.: Ростехиздат, 1961.

5. Гороховский Г.А. Поверхностное диспергирование динамически контактирующих полимеров и металлов. Киев: Наук. думка, 1972.

6. Малкин А.И., Киселев М.Р., Клюев В.А, Лознецова Н.Н., Топоров Ю.П. Влияние механоактивации на термические свойства порошковых смесей алюминия с политетрафторэтиленом // Материаловедение. 2012. No. 3. С. 10—14.

7. Болдырев В.В., Аввакумов Е.Г., Болдырева Е.В. и др. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий / Под ред. Аввакумова Е.Г. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009.

8. Демьяненко Д.Б., Дудырев А.С., Страхов И.Г., Цынбал М.Н. Комплекс новых пиротехнических замедлительных составов для временных устройств пироавтоматики и средств инициирования // Изв. СПбГТИ. 2012. Т. 42. No. 16. С. 3—7.

9. Демьяненко Д.Б., Дудырев А.С., Ефанов В.В., Страхов И.Г., Цынбал М.Н. Пиротехнические временные устройства для объектов космической техники // Науч.-техн. журн. НПО им. С.А. Лавочкина. 2012. Т. 14. No. 3. С. 35—40.

10. Демьяненко Д.Б., Дудырев А.С., Ефанов В.В. Комплекс новых пиротехнических средств, для обеспечения функционирования малых космических аппаратов // Изв. СПбГТИ. 2007. Т. 27. No. 1. С. 5—9.

11. Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Учеб. пос. Казань: Изд-во КГТУ, 2008.

12. Полард Ф.Б., Арнольд Дж.Б. Вспомогательные системы ракетно-космической техники. М.: Мир, 1970.

13. Hightower J.O., Hamner J.W., Matthews R.L. Solid propellant with alumina burning rate catalyst: Pat. 4084992 (USA). 1978.

14. Shoshin Y.L., Mudryy R.S., Dreizin E.L. Preparation and characterization of energetic Al—Mg mechanical alloy powders // Combus. and Flame. 2002. Vol. 128. No. 3. P. 259—269.

15. Streletskii A., Kolbanev I.V., Borunova A.B., Butyagin P.Yu. Mechanochemically activated Al: Preparation, structure and chemical properties: Abstr. INCOME 2003. Braunschweig, Germany (7—11 Sept. 2003). P. 44.

16. Streletskii A.N., Pivkina A., Kolbanev I., Leipunsky I., Pschechenkov P., Lomaeva S., Polunina I., Frolov Yu., Butyagin P. Mechanochemically activated nano-aluminium: Structure and morphology: Abstr. INCOME 2003. Braunschweig, Germany (7—11 Sept. 2003). P. 137.

17. Levitas V. The effects of fuel particle size on the reaction of Al/teflon mixtures. New-York: John Borrelli Dean of the Graduate School, 2006.

18. Денисаев А.А., Штейнберг А.С., Берлин А.А. Инициирование реакции в тонкопленочных многослойных образцах алюминий—фторопласт при ударе на копре // Хим. физика. 2008. Т. 27. No. 6. С. 83—90.

19. Лаптенков В.Н., Салтанов Л.С., Свидинский А.В., Белов В.Ю., Баранов Г.В., Крылов В.П. Композиционный материал для осуществления взрывопроникающего действия: Пат. 2579586 (РФ). 2016.

20. Vadchenko S.G., Alymov M.I. Ignition of W—Teflon— Al powder mixtures // Int. J. Self-Propagating HighTemperature Synthesis. 2017. Vol. 26. No. 2. Р. 137—139.

21. Селиванов В.В., Имховик Н.А., Лашков В.Н., Селезенев А.А. Исследование процесса физико-химической деструкции ПТФЭ и композиций ПТФЭ—металл при термических и ударно-волновых воздействиях // Хим. физика. 2001. Т. 20. No. 8. С. 80—85.

22. Бузник В.М., Курявый В.Г. Морфология и строение микронных и наноразмерных порошков политетрафторэтилена, полученных газофазным методом // Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2008. Т. LII. No. 3. С. 131—139.

23. Тарасов А.В., Алиханян А.С., Архангельский И.В. Взаимодействие фторполимеров с переходными металлами // Неорган. матер. 2009. Т. 45. No. 7. С. 1—6.