Uzun bir süre boyunca, mikron büyüklüğündeki alüminyum tozları, termitler, patlayıcılar, silah tozları, iticiler gibi yüksek enerjili yoğunlaştırılmış sistemlerin enerji ve kütle ve balistik özelliklerini geliştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geniş özgül yüzey alanları nedeniyle, nanosize elektro patlayıcı alüminyum parçacıkları, özellikle yanma hızı açısından geleneksel alüminyum tozuna göre belirli avantajlar sağlayabilir [1-5].
APT tarafından üretilen elektro patlayıcı alüminyum tozunun (ALEX) termal özellikleri (diferansiyel termal analiz), hava, oksijen ve azotta ısıtılmaları sırasında ticari alüminyum tozununkilerle karşılaştırıldı [6]. ALEX tozu için ekzotermik işlem, alüminyum erime noktasının (660 ºC) altındaki sıcaklıkta başlarken, partikül boyutu yaklaşık 20 µm olan alüminyum tozu, yaklaşık 1.000 ºC’YE kadar oksijen, hava veya azotla reaksiyona girmez. Ayrıca nanoalüminyum, mikron büyüklüğündeki tozlara kıyasla çok daha hızlı tutuşur. Bir hava şoku tüpünde yakıldığında, ALEX sadece 3 mikrosaniyelik tutuşma gecikmesine sahipken, ortalama partikül çapı yaklaşık 3 µm olan alüminyum tozu 600 mikrosaniyelik bir gecikmeye sahipti.
ALEX tozları, yüksek enerjili bileşimlerde potansiyel kullanımları için bir dizi araştırmacı tarafından test edilmiştir.
Alüminyum nanomaterial powder’ın patlama hızı üzerindeki etkisi, Alex’in patlayıcılarda uygulama olasılığını inceleyen çeşitli araştırma kuruluşlarında deneysel olarak gösterilmiştir. [7] ‘ de, amonyum dinitramid (VE veya SR12) ile karıştırıldığında ALEX, patlama hızının ?? 4.380 m/s’den 5.070 m/s’ye (73:24:3 ADN/ALEX/Viton floroelastomer) yükseldiğini gösterdi. Geleneksel kaba alüminyum tozunun eklenmesi, patlama hızı üzerinde görünür bir etki yaratmadı. [6] ‘ da, 40XD tipi lapa lapa alüminyum üzerinde karşılaştırmalı testler yapıldı ve ALEX, dağılmış laktoz ve amonyum perklorat ile karıştırıldı, burada patlama hızı azot atmosferindeki bir patlama tüpünde ölçüldü. Bu deneylerin sonuçları, Alex’in patlama hızı değerine göre, dört farklı alüminyum konsantrasyonunda lapa lapa alüminyuma göre avantajını göstermektedir.
[8] ‘ den elde edilen veriler, ALEX içeren tnt’lere dayanan bir dizi bileşim için hem patlama hızı özelliklerinin hem de dayanıklılığın arttığını göstermektedir. ALEX, ticari alüminyum tozunun yerine geçtiğinde, patlama hızındaki artış 200-300 m/s idi ve bazı deşarjlarda %27’ye varan bir artış oldu.
Geleneksel bir iticinin yanma hızındaki bir artış, çekişin artmasına ve roket motorundan gaz temizleme hızına neden olur. [9-11] ‘ de, ALEX, Al/AP/HTPB (alüminyum/amonyum perklorat/izobütilen bazlı yapıştırıcı) gibi geleneksel katı yakıtlı tiplerde mikron boyutlu alüminyum tozu ile değiştirildiğinde yakıt yanma hızında çift artış gözlendi.
Yanma hızındaki bir artış, daha küçük boyutlardaki alüminyum nanomaterial powder parçacıklarından kaynaklanmaktadır. Bir roket motorunda alüminyum partikül yanma modelleri, yanan bir partikülün ömrünün partikül çapının karesiyle orantılı olduğunu gösterir. Deneysel veriler, 5 µm boyutundaki bir alüminyum parçacığının motorda yaklaşık 4 milisaniyede yandığını göstermektedir. Yukarıdaki modellere dayanan ekstrapolasyon, 100 nm çapında bir parçacığın yaklaşık 0,6 mikrosaniyede yanacağını ortaya koymaktadır – bu, mikron büyüklüğündeki bir parçacığınkinden dört kat daha düşük bir değerdir. Yanma iticisinin yüzeyinin yüksek hızlı fotoğrafçılığı
, mikron boyutlu alüminyumda olduğu gibi, nanosize edilmiş bir alüminyum parçacığının, bir egzoz akışıyla dışarı atılmak yerine, bir yanma itici granülünün yüzeyinde tamamen yandığını, yani parçacık yanmasının motorun içinde bittiğini gösterir. roket egzozu.
Nanosize alüminyum tozlarının kullanılması, hibrit roket motorlarının da geliştirilmesine olanak tanır. Tipik bir hibrit motor, sıvı oksijen ve kauçuk bazlı granüller (örn., HTPB) içerir. Bu granüller herhangi bir oksitleyici içermez veya granüllerle reaksiyona girecek kadar miktarda içermez. Kauçuk pirolizi, motora giren ve sıvı oksijen ile reaksiyona giren düşük molekül ağırlıklı organik moleküllerin oluşumuna yol açar. Alüminyum, HTPB gibi katı bir yakıta sokulursa, teorik olarak motor darbesi artışı mümkündür. Ancak mikron boyutundaki alüminyum, benzer motorlarda verimli bir şekilde yanmaz.
[12] ‘ den elde edilen veriler, alex’in %10’unun htpb’ye eklenmesinin nabız artışına %70 oranında neden olduğunu ve yanma işleminin saf htpb’nin yanmasına kıyasla daha eşit hale geldiğini göstermektedir.
Kerosene alüminyum eklenmesi, bir sıvı yakıcının hacim birimindeki özgül enerjiyi arttırır. Bununla birlikte, kerosen içindeki mikron boyutundaki alüminyum tamamen yanmaz. ALEX nanomaterial powder eklenmesi metalin tamamen yanmasına neden olur [13]. Buna bağlı olarak, alüminyumun yanması sırasında meydana gelen yüksek sıcaklıklar, kerosen yanma hızının artmasına neden olur.
Nanosize alüminyum tozlarının yüksek enerjili uygulamalarda kullanılmasını engelleyen konulardan biri de yüksek reaktiviteleridir. Metal, piroteknik bileşimlerin diğer bileşenleri ile reaksiyona girebilir. Kimyasal reaksiyonu önlemek için alüminyum tozu mikrokapsülasyonu için bir prosedür geliştirilmiştir. Mikrokapsülasyon sırasında parçacıkların yüzeyi, toz parçacıklarını oksitleyici ortamla temastan koruyan palmitik asit katmanlarıyla kaplanır (bu nanomaterial powder’ın ticari adı L-Alex’tir). [14, 15] ‘ te nemin L-ALEX, ALEX tozları ve partikül büyüklüğü yaklaşık 17 µm olan ticari toz Cap45a üzerindeki etkisi incelenmiştir.
Testler sırasında, yukarıdaki tozlar bir test odasının içindeki bardaklara ince tabakalar halinde konuldu. Aktif alüminyum miktarı günlük olarak ölçülmüştür. Sıcaklık, oda sıcaklığından 60 ºC’YE kadar değişiyordu ve bağıl hava nemi %75 idi.
Bu testlerin sonuçları, Cap45a’nın aktif alüminyumun %20’sine kadar kaybettiğini ve Alex’in 8-12 gün içinde orijinal aktif alüminyum miktarının %70’ine kadar kaybettiğini göstermektedir. Aynı zamanda, L-Alex’teki aktif alüminyum miktarı, 40 günlük testten sonra neredeyse hiç azalmaz.
REFERANSLAR
1. Sakovich G., Komarov V., Vorozhtsov A., Lerner M., Eckl W., Eisenreich N., Weller F. İnorganik nanomaterial powderler ve ürünler // Enerjik Malzemeler, 37.Uluslararası BİT Yıllık Konferansı 27 Haziran – 30 Haziran 2006. – Franhofer Institut Chemische Technologie, Karlsruhe, Federal Republic of Germany, 2006. – ?. 166 – 176.
2. Lerner M., Pavlovets G., Meleshko V. ve diğ. Kontrollü Üretimin İleri Teknolojileri ve Yüksek Enerjili Malzemeler (HEM) Formülasyonunda Nanometallerin Kullanımı / / Uluslararası MEMS ve Nanoteknoloji Entegrasyonu Çalıştayı (MNI): Uygulamalar. 10-11 Mayıs 2004. – Montrö, isviçre, 2004. – ?. 84-85.
3. Lerner M., Pavlovets G., Meleshko V. ve diğ. Yüksek enerjili malzemelerde nanometallerin üretimi ve kullanımında ileri kontrol teknolojileri // Yüksek enerjili malzemeler. Askerden arındırma ve sivil başvuru. HEMs Tezleri-2004 Uluslararası Konferansı,
6-9 Eylül 2004 (Belokurikha). – Biysk, 2004. – S. 173.
4. Vorozhtsov A., Lerner M., Pavlovets G. ? ??. Yüksek enerjili malzeme formülasyonlarında kontrollü üretim ve nanometallerin ileri teknolojileri / / Yanma ve patlamada ilerleme. Zel’dovich Anıtı. -2004. – S. 142 – 143.
5. Tepper F., Ivanov G., Lerner M., Davidovich V. Nanosize metal tozlarından enerjik formülasyonlar / / Uluslararası Piroteknik Semineri Bildirileri, 24. – N. Y., 1998. – ?. 519 – 530.
6. Mench M. M., Kuo K. K., Yeh C. L., Lu Y. C. Plazma Patlama İşleminden Yapılan Normal ve Ultra ince Alüminyum Tozlarının (Alex) Termal Davranışının Karşılaştırılması // Tarak. Bilim. ve Teknoloji. – 1998. – Cilt. 135. – S. 269-292.
7. Bedford C., Aumann C., Thompson D., Miller P. Metal Partikül Boyutunun ADN/Alüminyum // TTCP WTP-4’ün Patlama Özelliklerine Etkisi, Teknik Atölye. – Quebec, Kanada, 1998.
8. Brousseau P. Cliff M. Ultra İnce Alüminyum Tozunun Çeşitli Patlayıcıların Patlama Özellikleri Üzerindeki Etkisi / / 32. Uluslararası BİT Yıllık Konferansı, 3-6 Temmuz. – Karlsruhe, Germany, 2001.
9. Ivanov G., Tepper F. İtici Gazlar için Depolanmış Bir Enerji Kaynağı Olarak Alüminyumu Aktive Etti-Kimyasal Tahrik Sempozyumu // İtici Gazlarda ve Yanmada Zorluklar, Stockholm, Mayıs 1996. / Editör K. K. Kuo. – Begell Evi, N. Y., 1997. – ?. 636 – 645.
10. Mench M. M., Yeh C. L., Kuo K. K. Ultra İnce Alüminyum Tozlarının İtici Yanma Hızı Artışı ve Termal Davranışı (Alex) / / 29.Uluslararası BİT Yıllık Konferansı, 30 Haziran – 3 Temmuz 1998. – Karlsruhe, Germany, 1998.
11. Simonenko V. N., Zarko V. E. Ultra İnce Alüminyum içeren Kompozit İticilerin Yanma Davranışının Karşılaştırmalı İncelenmesi / / 30. Uluslararası BİT Yıllık Konferansı, 29 Haziran-2 Temmuz 1999. – Karlsruhe, Germany, 1999.
12. Chiaverini M., Serin N., Johnson D., Lu Y., Kuo K. K., Risha G. A. Hibrit Roket Simülatöründe HTPB Bazlı Katı Yakıtların Yanma Davranışı / / JANNAF Tahrik Toplantısı, Aralık. 1996. – Albuquerque, 1996.
13. Tepper F., Kaledin L. Hava Solunum Sistemlerinde Kerosen için Yanma Hızlandırıcısı Olarak Nano Alüminyum // 39.AIAA Havacılık ve Uzay Bilimleri Toplantısı, 10 Ocak 2001. – Reno, 2001.
14. Cliff M., Tepper F.. Lisetsky V. Alex® Nanosize Alüminyumun Yaşlanma Özellikleri / / 37. AIAA Ortak Tahrik Toplantısı, 8-11 Temmuz 2001. – Salt Lake City, 2001.
15. Tepper F. Lerner M. Ginley D. Metalik Nanomaterial powders / / Dekker Nanobilim ve Nanoteknoloji Ansiklopedisi. – Marcel Dekker, Inc., N. Y., 2004. – S. 1921-1933.