自蔓延冶金法制備無定形硼粉中夾雜物分析及去除機(jī)制.pdf

1、鎂熱還原法制備的無定形硼粉存在粒度大、雜質(zhì)鎂含量高等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響了其反應(yīng)活性及燃燒速度，限制了其作為高能燃料在固體火箭推進(jìn)劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。課題組開發(fā)自蔓延冶金法規(guī)?；鍧嵵苽涓呋钚詿o定形硼粉的新技術(shù)，成功制備出粒度小于1.0μm的高活性無定形硼粉。由于無定形硼粉中雜質(zhì)鎂含量去除不徹底（雜質(zhì)鎂含量為4.50％～6.89％，產(chǎn)品僅滿足SB90～92質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)），嚴(yán)重影響了使用性能。本文在前期研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了自蔓延冶金制備無定形硼粉

2、中雜質(zhì)相形成的熱力學(xué)規(guī)律及賦存狀態(tài)，以及不同雜質(zhì)相在酸浸過程中溶解動(dòng)力學(xué)機(jī)制;并采用正交試驗(yàn)系統(tǒng)研究了無定形硼粉中雜質(zhì)相的酸浸去除規(guī)律，優(yōu)化了酸浸除雜提純工藝條件。取得了以下主要成果:
　　熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明:自蔓延反應(yīng)過程中會(huì)生成MgB2、 MgB4、 Mg3B2O6等雜質(zhì)相，650～1200K范圍內(nèi)，Mg3B2O6的生成趨勢(shì)最大;溫度高于1300K時(shí)，對(duì)MgB2、MgB4的生成不利。鎂蒸汽分壓的升高，會(huì)能促進(jìn)生成MgB2、 M

3、gB4反應(yīng)發(fā)生。XRD、SEM分析結(jié)果表明:以氧化硼、鎂粉為原料，自蔓延高溫反應(yīng)制得的燃燒產(chǎn)物中雜質(zhì)相主要是MgO以及少量的Mg3B2O6、 MgB2、 MgB4等，且彌散分布在整個(gè)基體中，與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致。
　　采用高溫固相合成法制備出Mg3B2O6和MgB2產(chǎn)物。采用合成Mg3B2O6、MgB2為原料，系統(tǒng)研究了酸浸工藝條件對(duì)Mg3B2O6、 MgB2等物質(zhì)的溶解動(dòng)力學(xué)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著溫度、鹽酸濃度的增加，Mg3

4、B2O6、MgB2溶解速率顯著增加。Mg3B2O6溶解過程受化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散混合控制，其表觀活化能為35.00kJ/mol;反應(yīng)級(jí)數(shù)為1.88。MgB2溶解過程也為化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散混合控制，其表觀活化能為13.30kJ/mol，反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.73。對(duì)比發(fā)現(xiàn)氧化鎂在鹽酸中溶解速率極快。無定形硼粉在鹽酸中的溶解度非常小，最大僅溶解0.3％。
　　酸浸正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:自蔓延燃燒產(chǎn)物酸浸除雜提純過程中酸浸條件對(duì)除雜效果影響的顯著性為:溫度＞