Shevchenko N., Gorbachev V., Blank V., Golubev A., Deribas A

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