納米鋁顆粒在不同炸藥環境中氧化燃燒的分子動力學模擬

鐘 凱，張朝陽

（中國工程物理研究院化工材料研究所， 四川 綿陽 621999）

0 引 言

金屬鋁（Aluminum，Al）由于其反應性好，燃燒焓高，價格低廉和來源廣泛等優點，早在1900 年就被添加入炸藥中合成能量密度更高的含鋁炸藥［1］。相比于微米鋁顆粒，納米鋁顆粒（Aluminum Nanoparticle，ANP）具有更高的活性，更大的比表面積和更多的熱釋放［2-3］，因此添加ANP 的含鋁炸藥受到了廣泛關注。

含鋁炸藥爆炸時Al 能夠通過氧化燃燒反應釋放能量，來增加炸藥的熱能釋放，從而延長爆炸時間，擴大爆炸范圍。Al 氧化燃燒的能量釋放過程與其環境中的氧化劑類型密切相關。在氣相環境中，Al 的氧化燃燒受環境氣體類型的影響。Mohan 等［4］測試了微米Al 顆粒在不同氣體氧化環境中的燃燒，結果發現不同氧化環境中Al 顆粒點火所需的閾值能量不同，CO2與O2混合氣體環境中最低，而H2O 與N2混合氣體環境中最高，此外，在H2O 或CO2環境中加入O2都有利于降低Al 顆粒的點火閾值能量。Glorian 等［5］通過數值模擬研究了ANP 在不同氣氛環境，包括O2、CO2、CO、H2O 中的燃燒，他們的結果表明ANP 在CO2環境中燃燒后形成的殘留物尺寸最大，而在H2O 環境中的最小。Song 等［6］的模擬研究結果發現ANP 在不同的氣體氧化環境（CO2、CO、NO2、NO）中的表面氧化現象、鏈狀產物和形成的內部空穴都存在不同。而在固相的炸藥環境中，ANP 的氧化燃燒反應同樣受炸藥類型的影響。Cook 等［7］通過實驗測定了三硝基甲苯（2，4，6-trinitrotoluene，TNT）+Al 炸 藥、黑 索 今（1，3，5-trinitro-1，3，5-triazine，RDX）+TNT+Al 炸 藥，B 炸藥+Al 炸藥和硝酸銨（Ammonium Nitrate，AN）+Al 炸藥的爆炸速度-直徑和爆炸速度-密度關系曲線，結果表 明，Al 在TNT+Al 炸藥和RDX+TNT+Al 炸 藥 中 的 反應速度很快，而在AN+Al 炸藥中的反應速度則更慢。……