Fabrication of Al-Ti reactive multilayer films and their reaction characteristics.pdf

1、反應(yīng)多層膜系一種新型納米含能材料。一般地，反應(yīng)多層膜由兩種或多種可相互發(fā)生放熱反應(yīng)的材料通過(guò)物理沉積法交替沉積在基底上形成。納米反應(yīng)多層膜在較低的能量刺激下可以發(fā)生放熱反應(yīng)，產(chǎn)生的熱可以使反應(yīng)區(qū)以特定的速度自持傳播。目前，反應(yīng)多層膜已經(jīng)被用于焊接和高溫自蔓延合成等領(lǐng)域。同時(shí)，這種材料還可用于激發(fā)次級(jí)反應(yīng)，在火工品等行業(yè)有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　本研究采用磁控濺射法制備了Al/Ti反應(yīng)多層膜。多層膜中鋁和鈦的每一單層厚度控制為10nm

2、到240 nm不等，多層膜的總厚度在7μm到17μm之間。掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析表明多層膜具有層狀結(jié)構(gòu)，且主要成分為鋁和鈦。
　　通過(guò)差熱分析和X射線衍射研究了磁控濺射制備的Al/Ti多層膜的反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明反應(yīng)包含兩個(gè)階段，第一階段反應(yīng)發(fā)生在440℃～550℃之間，對(duì)應(yīng)于TiAl3相的形成;第二階段反應(yīng)發(fā)生在650℃～700℃之間，對(duì)應(yīng)于生成AlTi相。此外，在第一個(gè)階段的反應(yīng)，鈦原子擴(kuò)散到鋁中形成TiA

3、l3相直至鋁完全反應(yīng)。
　　多層膜中反應(yīng)區(qū)的傳播速度是表征多層膜性能的一個(gè)主要特征參數(shù)。試驗(yàn)和理論研究表明傳播速度主要與多層膜的每一單層厚度有關(guān)。現(xiàn)有的理論模型假設(shè)多層膜的各組分單層厚度相等，而實(shí)際上，多數(shù)多層膜系統(tǒng)不滿(mǎn)足此條件。因此，本論文將其擴(kuò)展至可以計(jì)算單層厚度不等的多層膜中反應(yīng)區(qū)的傳播速度。采用擴(kuò)展模型計(jì)算了Al/Ni，Al/Ti多層膜中反應(yīng)區(qū)的傳播速度，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較之現(xiàn)有的模型吻合更好。
　　采用高速攝影法

4、測(cè)得了磁控濺射法制備的Al/Ti多層膜中反應(yīng)區(qū)的傳播速度，采用擴(kuò)展模型進(jìn)行了理論計(jì)算。結(jié)果表明存在一個(gè)臨界厚度，臨界厚度約為25 nm。當(dāng)單層厚度小于臨界厚度時(shí)，傳播速度隨單層厚度增大而增大，在此區(qū)域，燃燒過(guò)程為反應(yīng)控制。當(dāng)單層厚度達(dá)與臨界厚度時(shí)，傳播速度隨單層厚度增大而減小，在此區(qū)域，燃燒過(guò)程可以認(rèn)為是擴(kuò)散控制。
　　設(shè)計(jì)了一種基于Al/Ti反應(yīng)多層膜的新型點(diǎn)火元件。此點(diǎn)火元件主要由以下幾部分組成:陶瓷或玻璃電極塞，一個(gè)加熱層，