بررسي هم‌زمان اثرات افزودني نانوآلومينيم و فرايند اختلاط بر رفتار گرمايي مخلوط ترميتي حاوي مس اكسيد

Simultaneous study of the effects of nano-aluminum admixture and mixing process on the thermal behavior of the thermite mixture containing copper oxide

در اين پژوهش، اثرات افزودني نانوآلومينيم و فرايند اختلاط بر رفتار گرمايي ترميت Al/CuO با استفاده از روش‌هاي تجزيه گرمايي DSC و تصويربرداري FE-SEM بررسي شد. نتايج تجزيه DSC نشان داد كه مخلوط ترميتي µm-Al/nm-CuO فاقد واكنش گرماده است. اما اشتعال مخلوط‌هاي µm-Al50%+nm-Al50%]/nm-CuO، [µm-Al80%+nm-Al20%]/nm-CuO، [µm-Al95%+nm-Al5%]/nm-CuO و nm-Al/nm-CuO به ترتيب در 600/9، 604/0، 605/5 و ºC 608/4 رخ داد. بررسي رفتار گرمايي اين مخلوط‌ها نشان داد كه هر چه مقدار افزودني نانوآلومينيم در فرمولاسيون µm-Al+nm-Al]/nm-CuO] بيشتر باشد، مخلوط‌ ها غيرحساس‌تر و پرانرژي‌تر مي‌شوند. همچنين، اختلاط فراصوت، دماي اشتعال مخلوط‌هاي سه‌جزئي گفته‌شده را كاهش و گرماي واكنش آن‌ها را افزايش داد. اين بهبود در ويژگي گرمايي، با شكستن كلوخه‌ها و بهبود در كيفيت اختلاط با استفاده از امواج فراصوت توضيح داده شد. در گام بعدي، سينتيك واكنش nm-Al/nm-CuO تهيه‌شده به دو روش اختلاط فيزيكي ساده و اختلاط فراصوت بررسي شد. نتايج نشان داد كه مخلوط تهيه‌شده به روش اختلاط فراصوت نسبت به مخلوط تهيه‌شده به روش اختلاط فيزيكي ساده، انرژي فعال‌سازي كمتري دارد. همچنين، اشتعال مخلوط nm-Al/nm-CuO تهيه‌شده به روش اختلاط فراصوت در يك مرحله اصلي رخ داد، در حالي‌كه مخلوط ترميتي مشابه كه با روش اختلاط فيزيكي ساده تهيه‌شده بود، دو مرحله واكنش اصلي داشت.

In this work, the effects of the nano-aluminum additive and mixing process on the thermal behavior of Al/CuO systems were verified by thermal analysis and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) methods. The DSC analysis results showed that there was no exothermic reaction for μm-Al/nm-CuO thermite mixture. However, the ignition of [μm-Al95%+nm-Al5%]/nm-CuO, [μm-Al80%+nm-Al20%]/nm-CuO, [μm-Al50%+nm-Al50%]/nm-CuO and nm-Al/nm-CuO took place at 600.9, 604.0, 605.5 and 608.4°C, respectively. Analysis of thermal behavior of these mixtures showed that the insensitivity and energy of the thermites increased with increasing quantity of nm-Al in [μm-Al+nm-Al]/nm-CuO formulation. Moreover, ultrasonic mixing decreased ignition temperature and increased heat of reaction of these ternary mixtures. This improvement in thermal properties was related to break up the agglomerates and better mixing quality by ultrasonic waves. In the next step, the reaction kinetics of physically mixed and ultrasonicated nm-Al/nm-CuO were investigated. The results revealed that sonicated nm-Al/nm-CuO thermite had lower activation energies than physically-mixed nm-Al/nm-CuO mixture. In addition, the ignition of ultrasonicated and physically-mixed nm-Al/nm- CuO mixtures occurred in one and two main steps, respectively