Shevchenko N., Gorbachev V., Blank V., Golubev A., Deribas A
реклама
СВОЙСТВА ДЕТОНАЦИОННЫХ НАНОАЛМАЗОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ ГОРЕНИЯ АНОЗИТА Шевченко Н.В.*, Горбачев В.А.* , Бланк В.Д.** , Голубев А.А.** , Дерибас А.А.**, Убей-Волк Е.Ю.*, Даниленко В.В.** *- ЗАО «Петровский научный центр «ФУГАС», **- Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» (ФГБНУ ТИСНУМ ). • В настоящей работе исследованы свойства синтезированных детонационным способом наноалмазов (ДНА), распределение данных наночастиц в технологических формах ракетного топлива и рассмотрена их возможность использования в качестве эффективных высокоплотных и энергоемких горючих компонентов, влияющих на процессы горения и газообразования ракетных топлив. Детонационный синтез наноалмазов проводился в взрывной камере ВК-10 объемом 100 м3. В качестве взрывчатого вещества (ВВ) использовалась литая смесь тротил-гексоген (ТГ) в процентном соотношении (50/50). В качестве газовой среды в ВК-10 использовались парогазовые продукты предыдущих подрывов. Образование наноуглерода при детонационном синтезе: Рис. 1. Взрывная камера для проведения детонационного синтеза нано и микроуглеродных частиц ВК-10 % от общего числа А Б Размер частиц, мк Рис.2 Наноалмазные частицы в составе шихты - А, распределение шихты по размерам –Б. Табл.1 Элементный состав шихты ДНА. Наименование элемента С О Al Весовой, % 88,83 5,37 1,0 0,11 Si Ca Fe Cu Zn 0,21 2,51 1,29 0.68 1 2 Рис.2 Рентгенофазный анализ шихты (1) и ДНА (2) после химической очистки. Табл.2 Наноразмерные характеристики образцов шихты и ДНА Исследованная форма наноуглерода ША ДНА после хим. очистки Размер частиц Плотность, кг/м3 Площадь поверхности, м2/г 0,5-50 мкм 2,7 315 6 нм 3,05 387 ВНЕСЕНИЕ НАНОАЛМАЗА В СОСТАВ АНОЗИТА А Б Рис.4 Электронная микроскопия частиц анозита -(А), одиночная частица анозита - (Б), Табл.4. Распределение частиц анозита по размерам. Размер частиц, мкм 100 150 200 250 300 Количество,% 8,5 30,5 36,1 16,5 8,4 А Б Рис. 5. Электронная микроскопия. Наноалмазы в органической матрице анозита (А), тонкая структура ДНА в составе анозита (Б). Табл. 5. Чувствительность механической смеси взрывчатых материалов к удару и трению Наименование Чувствительность к удару Чувствительность к трению Вес груза , кг Высо та сброс а,мм результа т, Х, % Руд нижн., кг/см2 Угол сброса, град Анозит 10 250 88 1452 45 Анозит + 0,5% ДНА 10 250 88 1236 39 Анозит + 1% ДНА 10 250 84 968 35 Анозит + 2% ДНА 10 250 96 726 27 d∆m d∆m ∆T ∆T Т,0С Т,0С А Б Рис. 6 Термограмма термораспада исходного анозита – А, анозит с ДНА- Б. Vг,, мм/сек 12 10 8 1 %ДНА 6 2 %ДНА 4 4 %ДНА 2 6 %ДНА 0 21 41 60 100 Р, атм. Рис.7. Влияние давления создаваемого смесями с ДНА на скорость горения композиций при различных концентрациях ДНА . Установленные закономерности влияния детонационных наноалмазов на термодинамические характеристики горения, действующие концентрации и закономерности данного процесса, указывают на возможность использования ДНА в качестве перспективного компонента топлива с эффективными параметрами горения. В ходе выполнения работ получена опытная партия очищенных детонационных наноалмазов и исследованы их характеристические наноразмерные свойства и параметры. 1. Внесение и распределение нанопродукта в качестве компонента горения в высокоэнергетических составов ракетного топлива, показало свою эффективность. 2. Дифференциально-термическим анализ исследуемых композиций показал, что введение в состав ДНА модифицирует композицию, изменяя процесс термораспада. 3. Действие ДНА на скорость горения, в модельной системе анозита, заметно усиливает данный процесс и зависит от концентрации нанокомпонента. Зависимость скорости горения анозита в присутствии наноалмаза имеет ярко выраженный двухфазный характер. Полученные результаты показывают, что детонационные наноалмазы, сочетающие в себе наноразмерность при значительной площади поверхности, особые свойства ядер наночастиц, химическую активность их периферической оболочки и энтальпию их образования, способны реализовать перечисленные свойства через влияние на процессы горения и поэтому являются одним из перспективных компонентов для эффективных энергоемких составов ракетных топлив. Спасибо за внимание
