蔚明輝，張皓瑞，謝五喜，李雅津，聶洪奇，嚴(yán)啟龍

（1.西北工業(yè)大學(xué) 燃燒熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場(chǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710072； 2.西安近代化學(xué)研究所， 陜西 西安 710065）

0 引 言

固體推進(jìn)劑是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的能源與工質(zhì)源，可廣泛應(yīng)用于武器裝備和衛(wèi)星發(fā)射等領(lǐng)域［1-2］。常見(jiàn)復(fù)合固體推進(jìn)劑由燃料、氧化劑、黏結(jié)劑及功能添加劑組成，其能量性能和安全特性的優(yōu)劣關(guān)系著戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能和生存能力［3］。因此，發(fā)展高能固體推進(jìn)劑是促進(jìn)空天動(dòng)力系統(tǒng)更新?lián)Q代的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。金屬燃料被廣泛用于固體推進(jìn)劑中來(lái)提升其能量水平。其中，鋁（Al）密度大、燃燒熱高、耗氧量低且性價(jià)比高［4-6］，將其用作推進(jìn)劑組分，不僅可以提高推進(jìn)劑的能量密度，而且可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖。然而Al 粉表面一般會(huì)存在致密的保護(hù)性氧化層，阻礙內(nèi)部活性Al的進(jìn)一步氧化，從而影響Al 粉的點(diǎn)火燃燒行為及后續(xù)的能量釋放特性。此外，Al 粉在燃燒過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)兩相流損失、殘?jiān)e累和噴管燒蝕等問(wèn)題，甚至影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。與金屬燃料相比，大多數(shù)金屬氫化物用作推進(jìn)劑組分時(shí)，可顯著提高燃燒效率，降低燃?xì)馄骄肿恿?，提高推進(jìn)劑比沖。因此，高燃燒效率、低殘?jiān)实男滦徒饘贇浠飪?chǔ)氫材料已經(jīng)成為當(dāng)今高能固體推進(jìn)劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［7］。

根據(jù)推進(jìn)劑理論比沖計(jì)算公式Isp知，提高推進(jìn)劑比沖的一種有效方法是降低燃?xì)獾钠骄肿恿浚?］。在固體推進(jìn)劑的燃燒過(guò)程中引入氫氣，能夠有效降低燃?xì)馄骄鄬?duì)分子質(zhì)量；同時(shí)，氫氣具有高燃燒熱值，有助于進(jìn)一步提高比沖［8］。三氫化鋁（AlH3）由于較高的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫量（10%）和體積儲(chǔ)氫量（0.148 kg·L-1），是一種很有潛力的高能燃料，以部分或全部替代Al 粉的方式將AlH3應(yīng)用于固體推進(jìn)劑配方可顯著提高推進(jìn)劑比沖［9-12］。熱力學(xué)計(jì)算表明，與目前含Al 固體推進(jìn)劑相比，采用AlH3替代Al 不僅能降低推進(jìn)劑的火焰溫度（AlH3為3310 K，Al 為3912 K），而且能降低燃燒產(chǎn)物中CO2、OH、H2O 的占比（AlH3為10.8%，Al 為11.5%），AlH3基推進(jìn)劑的比沖可提高10%以上。研究報(bào)道了通過(guò)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)同臺(tái)熱試車對(duì)比了傳統(tǒng)含18%Al 粉和3%Al 粉、15%AlH3的固體推進(jìn)劑配方的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)比沖，研究AlH3對(duì)固體推進(jìn)劑實(shí)測(cè)比沖的增益作用［3］。測(cè)試結(jié)果表明，采用15% 的AlH3取代Al 粉，推進(jìn)劑的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)比沖由252.8 s 提高至261.3 s，提高了8.5 s。以上結(jié)果均說(shuō)明了AlH3用于固體推進(jìn)劑可顯著提高推進(jìn)劑的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)測(cè)比沖，具有良好的應(yīng)用前景。

然而AlH3的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差，對(duì)空氣中的水分和氧氣敏感，儲(chǔ)存過(guò)程中易發(fā)生緩慢分解，影響推進(jìn)劑體系的安全儲(chǔ)存和能量釋放，嚴(yán)重限制了其在推進(jìn)劑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用［13］。研究表明AlH3表面的缺陷和裂紋結(jié)構(gòu)促進(jìn)氫空穴的形成，成為成核位點(diǎn)，加速AlH3的分解［11，14］。目前AlH3的穩(wěn)定化方法有包覆法、表面鈍化法、穩(wěn)定劑摻雜法、低溫儲(chǔ)存和合成條件優(yōu)化等［14］。其中，包覆法在提高AlH3穩(wěn)定性和改善與推進(jìn)劑組分相容性上，是一種有效可行的方式。然而，目前包覆材料大多是非含能屬性的無(wú)機(jī)和有機(jī)小分子穩(wěn)定劑，會(huì)降低推進(jìn)劑的整體能量性能［14］。因此，包覆材料應(yīng)為含能物質(zhì)，不僅可以提高AlH3穩(wěn)定性和相容性，還可以提供更多的能量。課題組前期的研究結(jié)果［15］表明推進(jìn)劑配方中常用的金屬燃料Al 和氧化劑AP 可以用作AlH3潛在的包覆層。一方面，它們具有較高的穩(wěn)定性，并與AlH3具有良好的相容性，另一方面，通過(guò)燃料與氧化劑的一體化設(shè)計(jì)，可以增大接觸面積，增加反應(yīng)效率。

因此，為了提高AlH3的穩(wěn)定性，采用聲共振技術(shù)將Al 顆粒嵌入到AlH3的孔隙中，并結(jié)合噴霧干燥技術(shù)制備獲得了嵌入包覆型AlH3@Al@xAP（AHAPs）含能復(fù)合顆粒。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、熱重-差示掃描量熱儀（TG-DSC）、真空安定儀（VST）、X 射線粉末衍射技術(shù)（XRD）等表征方法對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)、熱反應(yīng)特性、真空安定性及燃燒產(chǎn)物進(jìn)行了對(duì)比分析，研究結(jié)論可為AlH3的穩(wěn)定化改性提供思路和借鑒，為實(shí)現(xiàn)其在推進(jìn)劑領(lǐng)域的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料：α-AlH3（D50=189.3 μm）和橢球形高氯酸銨（AP）顆粒（D50=300 μm），西安近代化學(xué)研究所；球形Al 粉（1～5 μm），遠(yuǎn)洋粉體科技股份有限公司；為增加Al 顆粒的粘附性，基于前期課題組的工作［6］，制備了表面功能化Al@PDA 顆粒，若無(wú)特殊說(shuō)明，后面所用Al顆粒均為Al@PDA；去離子水、乙醇，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

儀器：聲共振儀（Ramixers G500），沃德藍(lán)博科技（深圳）有限公司；噴霧干燥機(jī)（YC-015），上海雅程儀器設(shè)備有限公司；掃描電子顯微鏡（SEM）：ZEISS sigma500；熱重-差示掃描量熱儀（TG-DSC）：NETZSCH、STA-692F5，德國(guó)耐馳有限公司；氧彈量熱儀：ZDHW-HN7000C，鶴壁市華能電子科技有限公司；X射線粉末衍射儀：Panalysis，Xpert Pro MPD；激光粒度儀：Malvern Mastersizer 2000。

1.2 制備過(guò)程

嵌入型AlH3@Al 復(fù)合顆粒的制備：將AlH3和球形Al 粉按質(zhì)量比1∶1 進(jìn)行稱量并置于聲共振混合罐中，將罐體安裝完畢，連接真空泵并檢查設(shè)備氣密性。打開(kāi)設(shè)備，設(shè)置振動(dòng)強(qiáng)度為15%，振動(dòng)頻率為59.2 Hz，持續(xù)時(shí)間為5 min，使部分團(tuán)聚的Al 顆粒分散并促進(jìn)混合顆粒在罐體中均勻分散。停止設(shè)備，打開(kāi)混合罐體，滴入適量乙醇浸潤(rùn)在顆粒表面，以增加顆粒間的黏附性，再次啟動(dòng)設(shè)備，同時(shí)打開(kāi)真空泵加快乙醇揮發(fā)，最終收集混合罐體中的固體產(chǎn)物，得到混合均勻的AlH3@Al 復(fù)合顆粒。

嵌入包覆型AlH3@Al@xAP 復(fù)合顆粒的制備：采用噴霧干燥技術(shù)制備嵌入包覆型AlH3@Al@xAP 含能復(fù)合顆粒。AlH3@Al@10%AP（AlH3@Al∶AP=9∶1（質(zhì)量比），AHAPs-10%）可通過(guò)以下步驟制備。首先將100 mg AP 溶于2.5 mL 去離子水中攪拌10 min，然后加入900 mg AlH3@Al 超聲分散10 min，得到前驅(qū)液，通過(guò)蠕動(dòng)泵以6 mL·min-1的速度將前驅(qū)液送入霧化器，進(jìn)、出口溫度分別保持在110 ℃和65 ℃。最后將顆粒從旋風(fēng)分離器中的干燥氣流中分離出來(lái)，從玻璃收集容器中收集。按此方法依次制備質(zhì)量比為7∶3 和1∶1的復(fù)合顆粒，分別命名為AHAPs-30%和AHAPs-50%。

1.3 測(cè)試方法

采用SEM 對(duì)原料和復(fù)合顆粒進(jìn)行形貌和微觀結(jié)構(gòu)表征，工作距離8.5 mm，加速電壓為15 kV，同時(shí)采用EDS 分析復(fù)合顆粒中元素種類及分布。通過(guò)XRD來(lái)分析凝聚相燃燒產(chǎn)物的物相組成。采用氧彈量熱儀測(cè)量復(fù)合顆粒的反應(yīng)熱，其中氬氣壓力為3.0 MPa，樣品由電熱鎳鉻絲（直徑為0.12 mm）點(diǎn)燃。采用TG-DSC測(cè)試樣品的熱反應(yīng)性能，測(cè)試條件為Ar流量40 mL·min-1，溫度范圍為50～500 ℃，升溫速率10 K·min-1。此外，利用VST 獲得樣品在恒溫（100 ℃）下的等溫分解曲線，并實(shí)時(shí)連續(xù)記錄樣品熱分解氣體壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。當(dāng)樣品開(kāi)始分解時(shí)，氣體逐漸累積，壓力逐漸增加，當(dāng)不再有氣體逸出，壓力最終保持恒定，分解過(guò)程完成，根據(jù)壓力曲線中壓力升高過(guò)程的持續(xù)時(shí)間計(jì)算得到分解時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌分析

為研究原料和復(fù)合顆粒的表面微觀形貌，對(duì)原料及AlH3@Al 復(fù)合顆粒進(jìn)行了SEM 表征，結(jié)果如圖1 所示。由圖1a～1c 可以看出，原料AlH3為大顆粒的團(tuán)聚體，且表面存在較多的孔隙和裂縫。Al 粉為球形顆粒，粒徑約為1～5 μm，球形度好，表面較為光滑。通過(guò)聲共振均勻混合后，由于Al 粉顆粒嵌入到AlH3表面原有的孔洞和縫隙中，得到的AlH3@Al 復(fù)合顆粒表面更為致密，孔隙率大幅降低。采用對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行過(guò)篩處理的方法，篩去未嵌入和表面粘附不牢固的Al粉，通過(guò)AlH3顆粒前后質(zhì)量的變化，計(jì)算得出嵌入的Al 質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7.05%。

圖1 AlH3、Al 和AlH3@Al 顆粒樣品的SEM 圖Fig.1 SEM images of AlH3， Al， and AlH3@Al composites

圖2 為AHAPs 復(fù)合顆粒的SEM 和EDS 圖。與AlH3@Al 顆粒相比，AHAPs 復(fù)合顆粒表面被蒸發(fā)結(jié)晶析出的AP 所包覆，使得其表面原有的凹陷及縫隙更加平整和光滑，顆粒之間的黏附性更強(qiáng)，接觸更加緊密。AP 含量為10%時(shí)，AP 包覆層不均勻，表面仍有裸露的縫隙和孔洞（圖2a），當(dāng)AP 含量為30%時(shí)，AP 包覆層更加致密，但有小部分AP 顆粒單獨(dú)析出（圖2b）；隨著AP 含量增加到50%，附著在樣品表面的球形AP 顆粒也隨之增加（圖2c）。EDS 能譜圖顯示隨著AP 含量的增加，對(duì)應(yīng)的N、Cl 元素含量也逐漸增加，且Al、N、Cl等元素均勻分布在顆粒表面，進(jìn)一步表明了嵌入包覆型AHAPs 復(fù)合顆?？赏ㄟ^(guò)上述方法成功獲得。

圖2 AHAPs-10%、AHAPs-30% 和AHAPs-50% 復(fù) 合 顆 粒 的SEM 和EDS 圖Fig.2 SEM and EDS images of AHAPs-10%， AHAPs-30%and AHAPs-50% composites

2.2 熱失重過(guò)程和熱流特性

采用同步熱分析儀對(duì)原料及AHAPs 復(fù)合顆粒的熱分解過(guò)程進(jìn)行了分析，它們的TG-DTG 與DSC 結(jié)果如圖3 所示，熱力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1 和表2。由圖3a 可以看出，原料AlH3的起始分解溫度（Ti）為161.5 ℃，存在1 個(gè)失重過(guò)程，質(zhì)量損失為7.94%，是由于AlH3分解釋氫所致。而失重量低于理論含氫量（10%），這可能是由于AlH3存在緩慢分解釋氫，導(dǎo)致失重量降低［15］。AHAPs 復(fù)合顆粒的熱失重過(guò)程主要包括2 個(gè)階段：AlH3分解釋氫和AP 分解。由表1 可知，與原料AlH3相比，AHAPs-10%，30%和50%復(fù)合顆粒的起始分解溫度分別是170.0，171.5 ℃和172.5 ℃，隨著表面AP包覆含量的增加而增加，表現(xiàn)出更高的熱穩(wěn)定性。另一方面，與原料AP 的熱分解過(guò)程相比，AHAPs 復(fù)合顆粒中的AP 被催化分解，由原來(lái)的低溫分解（LTD）和高溫分解（HTD）兩步失重過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘徊椒纸馐е亍２⑶? 種復(fù)合顆粒中AP 的最大失重速率處溫度分別為317.6，332.0 ℃和343.3 ℃，與原料AP 的高溫分解峰溫度（421.8 ℃）相比，溫度最高降低了104.2 ℃。這表明將Al 顆粒嵌入至AlH3表面的縫隙中，并將AP致密的包覆形成復(fù)合顆粒，既降低了表面缺陷提高AlH3低溫下的穩(wěn)定性，又增加了接觸面積促進(jìn)AP 高溫下的分解［16-17］。

表1 AlH3、AP 及AHAPs 復(fù)合顆粒的TG-DTG 熱分解特征參數(shù)Table 1 The thermal decomposition parameters of AlH3， AP， and AHAPs composites obtained from TG-DTG curves

表2 AlH3、AP 及AHAPs 復(fù)合顆粒的DSC 熱分解特征參數(shù)Table 2 The thermal decomposition parameters of AlH3， AP， and AHAPs composites obtained from DSC curves

圖3 AlH3、AP 和AHAPs 復(fù)合顆粒的TG-DTG 和DSC 曲線Fig.3 TG-DTG and DSC curves obtained for AlH3， AP， and AHAPs composites

由圖3b 和表2 可以看出，AlH3和AHAPs 復(fù)合顆粒均在185.0 ℃附近存在吸熱峰，對(duì)應(yīng)于AlH3的分解釋氫吸熱過(guò)程。AP 則在248.3 ℃附近出現(xiàn)1 個(gè)吸熱峰，這是AP 晶體從正交型相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎叫拖嗟奈鼰徇^(guò)程所導(dǎo)致［16］。此外，AP 顆粒在314.7 ℃和427.7 ℃分別經(jīng)歷了2 個(gè)階段的分解放熱。與AP 相比，AHAPs 復(fù)合顆粒中AP 的轉(zhuǎn)晶吸熱受到了抑制，AHAPs-50%復(fù)合顆粒中AP 的高、低溫分解峰溫分別降低了81.6 ℃和31.3 ℃，放 熱 量 顯 著 增 加，達(dá) 到516.1 J·g-1。AHAPs-30%復(fù)合顆粒的2 個(gè)分解過(guò)程不再易于區(qū)分，而是形成了一個(gè)連續(xù)寬泛的放熱峰。這可能是由于在低溫分解階段AP 分解產(chǎn)生的產(chǎn)物不斷吸附在顆粒表面并覆蓋反應(yīng)中心，抑制了分解反應(yīng)，使其停止。然而，AlH3釋放的H2會(huì)使產(chǎn)物遠(yuǎn)離表面，加速AP 的分解［15］。因此，以上結(jié)論也進(jìn)一步驗(yàn)證了嵌入包覆型復(fù)合顆粒在提高AlH3穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，同時(shí)促進(jìn)了AP分解。

2.3 真空安定性分析

AlH3在儲(chǔ)存運(yùn)輸或與其他含能材料混合的過(guò)程中，顆粒間的摩擦易產(chǎn)生熱量并形成熱點(diǎn)，導(dǎo)致其快速分解、釋放氫氣，甚至爆炸［18］。因此，研究復(fù)合顆粒的真空安定性是保證其穩(wěn)定貯存的前提。為此，采用真空穩(wěn)定性測(cè)試儀對(duì)原料AlH3、AlH3@Al 和AHAPs 復(fù)合顆粒進(jìn)行VST 測(cè)試，得到分解氣體壓力隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)原始?jí)毫?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理得到分解率（α）與時(shí)間（t）變化的關(guān)系，如圖4a 所示。

圖4 AlH3、AlH3@Al 和AHAPs 復(fù)合顆粒的分解率（α）隨時(shí)間（t）的變化曲線和各階段的時(shí)間分布Fig.4 Conversion rate （α） vs time （t） and time distribution of each stage for the AlH3， AlH3@Al and AHAPs composites

為了更好地理解復(fù)合顆粒的分解過(guò)程，根據(jù)α的大小將圖4a的分解率曲線分成3個(gè)部分：誘導(dǎo)期Ⅰ（α=0～0.2）、加速期Ⅱ（α=0.2～0.8）和衰退期Ⅲ（α=0.8～1.0）。根據(jù)圖4b 中每個(gè)階段持續(xù)的時(shí)間可知，AlH3的誘導(dǎo)期為512 min，加速期和衰退期分別為352 min 和142 min，嵌入包覆對(duì)分解誘導(dǎo)期的影響較小，但可顯著減緩分解加速期和衰退期的進(jìn)程，使總分解時(shí)間大幅提高。其中，AHAPs-50%樣品由于表面更多更致密AP 的包覆，分解誘導(dǎo)期（537 min），加速期（529 min）和衰退期（452 min）分別增加了25，177 min 和310 min。AlH3的總分解時(shí)間僅為1006 min，而AlH3@Al 的分解時(shí)間為1176 min，提高了170 min。對(duì)于AHAPs 復(fù)合顆粒來(lái)說(shuō)，分解時(shí)間進(jìn)一步得到了提升，其中AHAPs-50%的分解時(shí)間達(dá)到1518 min，提高了將近50.9%。由此可見(jiàn)，嵌入包覆在提高AlH3的穩(wěn)定性方面具有顯著作用。

2.4 能量?jī)?yōu)化分析

固定AlH3@Al 復(fù)合顆粒中AlH3和Al 的質(zhì)量比，研究AP 的添加含量對(duì)AlH3@Al/xAP 復(fù)合顆粒能量性能的影響。將AlH3@Al 與不同添加量的AP 進(jìn)行均勻混合，并采用氧彈量熱儀測(cè)量AlH3@Al/xAP（x=30%，40%，50%，60%，70%和80%）在氬氣中的反應(yīng)熱，使用高斯方程［15］對(duì)復(fù)合顆粒的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，以此預(yù)估AP 的最佳含量，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 AlH3@Al/xAP 復(fù)合顆粒反應(yīng)熱的高斯擬合曲線Fig.5 Gaussian fitting curve processed for the heats of reaction measured for AH3@Al/xAP composites

從圖5 可以看出，AlH3@Al/xAP 復(fù)合顆粒的反應(yīng)熱呈現(xiàn)隨AP 含量的增加先升高后降低的趨勢(shì)；反應(yīng)熱升高的原因一方面可能是氧燃比逐漸增加，逐漸達(dá)到氧平衡；另一方面可能是AP 的酸性分解產(chǎn)物對(duì)Al2O3層存在刻蝕作用，提升了剩余Al 粉的反應(yīng)能力［19］。而當(dāng)AP 過(guò)量時(shí)，會(huì)使燃料不足，導(dǎo)致能量呈下降趨勢(shì)。圖5 中擬合的紅線表明，預(yù)估AP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%時(shí)，復(fù)合顆粒的能量輸出最大（擬合值：9230.3 J·g-1）。

為證明擬合結(jié)果的準(zhǔn)確性，研究在此基礎(chǔ)上，使用相同的方法制備了AlH3@Al/63.5%AP 復(fù)合顆粒，采用氧彈量熱儀在相同的實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得其反應(yīng)熱為9125.6 J·g-1，該結(jié)果與擬合結(jié)果（9230.3 J·g-1）基本一致。同時(shí)，通過(guò)機(jī)械攪拌混合法制備了同比例的AlH3/Al/63.5%AP 顆粒，采用氧彈量熱儀測(cè)得其反應(yīng)熱為8071.5 J·g-1。由此證明，通過(guò)將Al 粉嵌入包覆在AlH3表面，使二者接觸更加緊密，反應(yīng)更加完全，能量性能提高了1054.1 J·g-1。

2.5 凝聚相燃燒產(chǎn)物（CCPs）分析

通過(guò)從氧彈量熱儀中收集AlH3/Al/63.5% AP 和AlH3@Al/63.5% AP 的燃燒產(chǎn)物，并對(duì)其形貌、粒徑分布和產(chǎn)物組成進(jìn)行了表征。凝聚相燃燒產(chǎn)物的SEM，粒徑分布和XRD 結(jié)果分別如圖6 和圖7 所示。

圖6 凝聚相燃燒產(chǎn)物的粒徑分布和SEM 圖Fig.6 The particle size distribution and SEM images of condensed combustion products

由 圖6a 可 以 看 出，AlH3/Al/63.5%AP 的CCPs 平均粒徑D50為12.88 μm，并且在6.36 μm 和29.28 μm處呈現(xiàn)雙峰分布。結(jié)合圖6b 中SEM 可以看出，產(chǎn)物為大量球形顆粒團(tuán)聚而成的團(tuán)聚體，大多為未完全反應(yīng)的Al 顆粒，說(shuō)明AlH3/Al/63.5%AP 的燃燒并不充分。而對(duì)于嵌入包覆型復(fù)合顆粒，其CCPs 中均為小粒徑的球形顆粒，未出現(xiàn)大團(tuán)聚物。AlH3@Al/63.5%AP 的燃燒產(chǎn)物粒徑分布（D10、D50、D90）均大幅降低，分別降低了56.8%，81.2%，83.1%。更為重要的是，產(chǎn)物中粒徑小于10 μm 的顆粒占比從39.7% 提升到了90.9%，粒徑大于39.6 μm 的產(chǎn)物則完全消失（圖6c）。圖7 給出了2 種樣品的凝聚相燃燒產(chǎn)物XRD 圖譜，可以 看 出 產(chǎn) 物 中 均 存 在Al、Al2O3、AlN 和AlCl3的 特 征峰［19-22］，其中AlH3/Al/63.5%AP 中Al 的特征峰強(qiáng)度較高，并且仍然存在AlH3（27.5°）的特征峰［23］，表明通過(guò)機(jī)械混合，Al 粉與AlH3接觸不夠緊密，使得Al 未完全參與燃燒反應(yīng)。而AlH3@Al/63.5%AP 的CCPs 中未燃燒Al 的強(qiáng)度大幅降低，Al2O3、AlN 和AlCl3的含量大幅增加，表明嵌入包覆的方式可以減少固相間距，形成了結(jié)構(gòu)緊密的復(fù)合顆粒，增加界面接觸面積，減小傳質(zhì)傳熱距離，使樣品燃燒更加完全，反應(yīng)進(jìn)行得更加徹底充分。

3 結(jié) 論

（1） 通過(guò)聲共振混合技術(shù)使球形Al 粉嵌入到AlH3固有的缺陷和縫隙中，并通過(guò)噴霧干燥技術(shù)使AP在顆粒表面均勻包覆，制備得到表面致密光滑的AHAPs 復(fù)合含能顆粒。

（2） 嵌入包覆型顆粒既可以提高AlH3的穩(wěn)定性，還可以促進(jìn)AP 的分解。AHAPs 復(fù)合顆粒減少了AlH3的固有缺陷，抑制其分解。隨著表面AP 包覆含量的逐漸增加，AlH3的起始分解溫度提高了8.5～11 ℃。且AHAPs 復(fù)合顆粒中AP 的分解性能被催化提升，高溫分解峰溫降低了約80 ℃。

（3） AlH3@Al/63.5%AP 復(fù)合顆粒具有最高的能量輸出，達(dá)到9125.6 J·g-1，與機(jī)械混合樣品相比，提高了1054.1 J·g-1。VST 結(jié)果表明復(fù)合顆粒的穩(wěn)定性得到大幅提升，與原樣品AlH3分解時(shí)間相比（1006 min），AHAPs-50% 分解時(shí)間達(dá)到1518 min，提高了將近50.9%。凝聚相燃燒產(chǎn)物分析結(jié)果表明，嵌入復(fù)合顆粒可以大幅降低產(chǎn)物的粒徑，抑制團(tuán)聚體的出現(xiàn)，使其燃燒更加完全，燃燒效率更高。