孔隙率對鈮硅粉末混合物沖擊反應的影響

凌緒玉，劉福生，汪貽高

（1. 西南交通大學高溫高壓物理研究所，四川 成都 610031；2. 西南民族大學電氣信息工程學院應用物理系，四川 成都 610041）

沖擊波加載多孔固體介質過程中形成的極端高溫高壓條件可激活常規溫壓條件難以發生的化學反應，為材料合成開辟了一條新途徑，尤其是對合成條件苛刻的材料具有顯著優勢。然而，沖擊波作用導致粉末從初始狀態至孔隙湮滅的過程中涉及多種機械、物理和化學變化，因而沖擊波壓縮下的反應過程十分復雜[1]。沖擊誘導化學反應取決于外部加載條件和粉末混合物的初始狀態等多種因素[2-3]，反應物粉末的初始孔隙率是控制沖擊反應熱力學和動力學的一個非常重要因素[4]。Cooper 等[5]應用理論模擬證實，沖擊波和孔隙表面相互作用導致孔隙崩塌產生的大量能量集聚有利于激活化學反應，因此探討粉末初始孔隙率對誘發超快沖擊化學反應的影響極為重要。

鈮硅二元金屬間化合物因具有低密度和優良的高溫強度等物理特性，可作為潛在的高溫結構材料和金屬含能材料[6-7]。根據鈮-硅二元相圖，鈮-硅系存在Nb5Si3、Nb3Si 和 NbSi2共3 種金屬間化合物[8]。其中Nb5Si3的熔點(2 515 ℃)最高，密度 (7.16 g/cm3)相對較低，因其具有優良的高溫性能受到關注[9]。這類材料的熔點高、晶體結構復雜，采用常規方法難以合成，但該類材料的合成反應能夠放熱，理論上講，一旦被激活便可自維持發生反應。由于該激活勢壘高，傳統方法難以達到激活條件，而沖擊波加載產生的極端高溫高壓對于激活該類反應具有一定優勢。……