УДК 536.46
Р. С. Захаров, О. Г. Глотов Èíñòèòóò õèìè÷åñêîé êèíåòèêè è ãîðåíèÿ ÑÎ ÐÀÍ óë. Èíñòèòóòñêàÿ, 3, Íîâîñèáèðñê, 630090, Ðîññèÿ E-mail:
[email protected]
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ С ПОРОШКООБРАЗНЫМ ТИТАНОМ * Исследовано горение топлив, состоящих из металлического титана (15–29 %), нитрата аммония и энергетической матрицы при атмосферном давлении. Особенность рецептуры топлив – отсутствие перхлората аммония (ПХА). Определены скорости горения и характеристики конденсированных продуктов горения (КПГ), в том числе массовые распределения частиц КПГ во всем диапазоне размеров и детальные распределения в наноразмерном диапазоне с использованием оригинальных методик отбора. Обнаружена агломерация титана в волне горения, что приводит, в частности, к образованию шлаковых остатков даже при низком (15 %) содержании титана в топливе. Скорость горения возрастает при повышении содержания титана. При этом также возрастает масса шлаковых остатков и снижается полнота сгорания металла. Рентгенофазовый анализ показал, что частицы дыма представляют собой диоксид титана различных кристаллических форм (рутил, анатаз, брукит). Выход оксидного дыма составляет около 5 % от массы титана в топливе. Показано, что параметры дисперсности и структуры аэрозольных частиц оксидного дыма практически совпадают с таковыми для топлив на основе ПХА. Характерный размер первичных наночастиц оксидного дыма D10 = 23 нм, фрактальная размерность агрегатов Df = 1,55. Ключевые слова: титан, бесхлорное топливо, нитрат аммония, скорость горения, агломерация, конденсированные продукты, наноразмерный диоксид титана.
Введение Предполагается, что нейтрализацию ядовитого облака можно осуществить посредством введения в него достаточного количества высокоактивных каталитических частиц. Известно, что наночастицы TiO2 в кристаллической модификации анатаз демонстрируют превосходные фотокаталитические свойства, которые обеспечивают разрушение различных вредных веществ. Для создания (или рассеяния) наночастиц TiO2 привлекательны процессы горения и взрыва энергетических конденсированных систем, содержащих титан [1]. Целью работы было создание топлив, генерирующих при горении наноразмерные частицы TiO2, и изучение их характеристик горения. Особый интерес представляют свойства продуктов горения, включая наноразмерные частицы. Заметим, что при-
менение многих традиционных компонентов твердых топлив и пиротехнических систем в данном случае ограничено. Например, перхлорат аммония при горении дает хлор, отравляющий фотокаталитическую активность частиц; другие окислители типа солей металлов дают нежелательные конденсированные продукты горения и т. д. Топлива и образцы К рецептуре топлива предъявляли следующие требования: 1) топливо не должно содержать ПХА и традиционных окислителей типа солей металлов, а также других компонентов, дающих конденсированные продукты горения типа оксидов металла (кроме оксида титана); 2) топливо должно стабильно гореть при комнатной температуре и атмосферном давлении и образовывать индивидуальные горящие частицы титана, которые затем догорают
* Работа выполнена при частичной финансовой поддержке МНТЦ в рамках проекта № 3305 «Синтез и исследование металлокси