自蔓延高温合成实验压力与燃烧速率测试方法研究

摘要：自蔓延高温合成技术是利用原料在初始点燃条件下化学反应所产生的高温高热，使燃烧反应自发地进行，从而得到新的成分和结构的产物。通过对自蔓延高温合成实验压力和燃烧速率测试方法的研究，根据实验的要求，选择合适的压力传感器，并自行设计有效的燃烧速率测试系统，合理选择监测点，编制满足测试需求的数据采集及控制程序，获取大量有效实验数据，为测定自蔓延燃烧过程中的压力和速率变化曲线，进行反应热力学、动力学分析，对反应安全进行评估，提供有力的数据支持，并对相关研究具有重要的借鉴意义。
关键词：自蔓延高温合成；压力测试；速率测试；传感器

自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperatureSynthesis，SHS)技术是利用原料在初始点燃条件下化学反应所产生的高温高热，使燃烧反应自发地进行，从而得到新的成分和结构的产物。SHS技术合成速度快、温度高、合成产品稀疏多孔(孔隙的形成，一方面是由于反应过程中原料中的气体在急剧的升温梯度下膨胀造成的，另一方面是杂质的释放、燃烧波的振荡所造成的)。而孔隙度太高不利于长期固化包容有害物质，有研究表明在含砂铝热剂熔融状态时施加压力，可提高生成材料的致密性。为测定自蔓延燃烧过程中的压力变化曲线，进行反应热力学、动力学分析，对反应安全进行评估，有必要对反应体系进行系统的压力和燃烧速率测量。

1 温度测量系统组成及监测点选取
纯铝热剂燃烧理论计算温度在3 000℃以上，自蔓延高温合成固化项目中采用的是加砂铝热剂，燃烧过程中砂子熔融吸收部分热量降低铝热剂的燃烧温度，且燃烧速度放慢，降低了纯铝热剂燃烧时的剧烈反应。
1. 1 含砂铝热剂压力测试
1. 1. 1 压力测试原理

压力传感器选用压阻压力传感器，由于容器内温度过高，可选择压为传递的方式来测量。传感器分3段，前端为感应部分，中段是压力传递部分，后端是测试芯片及变送器。前端伸进罐内约10 mm，与罐内填充砂土有一定距离，并罩上纱网，防止大量砂土进入空腔，感应膜片选择在高温下受压变形量小的膜片；中间压力传递部分选择压缩性小的硅油，压力传递快、损失小，硅油毛细管的长度可根据所测压力的温度来决定；后端采用普通应变片或者压阻芯片均可，直接测量硅油传递的压力并转换成4～20 mA的标准电流。前端设计成小法兰或者螺纹形式与罐体密封。这种方式可实现温度为400℃左右时的静态压力测量，可满足实验需求。