Vol.19 No.1 段辉平等：多组元铝热剂的反应特性 ·111· CrO,+2Al=Cr +Al,O,+1094 kJ (4) 3NiO +2Al=3Ni+ALO,+928 kJ (5) 这3个反应的理论绝热温度依次为3735,5200,3546℃.在燃烧波前沿的理论升温速率可达 3000~50000℃/s,远远超过上述热分析的升温速率，因此在反应过程中，铝热剂的热行为 也表现出其特殊性， 把Fe,O,CrO,Cr,O,NiO和A1粉按化学计量，配制成铝热剂，然后压制成原坯，再把原 坯置于氧化铝坩埚中，在氩气保护下，点燃原坯，测量反应前原坯的质量W,以及反应产物的 质量W2.根据反应前后质量的变化△W=W,一W2,分析反应原料在反应过程中的反应行 为.由于Fe,O,CrD,NiO的铝热反应激烈程度，在相应的铝热剂中加入适量的AL,O,惰性稀 释剂.各原坯的组分及反应温度如表】所示，表2列出了各原坯在反应前后的质量变化及反 应前后原坯的失重率， 表1原还组成（质量分数，%）及反应温度 样品w(Fe2O,) w(CrO3) w(NiO) w(Al) W(Al2O3) 4/℃ A 60 20 20 2437 B 39 22 39 2637 C 66 6.6 7.8 2530 D 40 13 5 22 20 2350 表2原坯反应前后的质量变化 样品 W W2 △W 失重率/% 喷戏 分解 A 25.2 24.8-25.1 0.1-0.4 0.4~1.2 否 否 26.2 23.5~23.7 2.5~2.7 9~10 否 是 42.0 41.8~42.0 0~0.2 0-0.05 否 否 0 25.1 24.2~24.3 0.80.9 1~4 否 是 原坯B,D反应前后出现明显的失重，且在坩埚内壁四周可以观察到残留的绿色Cr,O,产 物.由于不发生喷溅，原坯B,D的失重只能由CO,的分解和气化引起.值得注意的是，如果 C0,被加热的升温速率为10℃mi,由于有充裕的时间发生分解和气化，其失重达32.3%， 而在原坯B,D的铝热反应中，假设失重全部由CO,的分解和气化所引起，其失重也仅占原坯 中C0,质量的24.3%~26.2%和23.5%~26.5%，接近于24%，而小于32.3%.可见，在铝热反 应过程中，由于反应速率较大，铝热剂的升温速率很高，CO,的失重反而减少，由于气化速度 与温度密切相关，温度越高，气化率也越高，因此铝热反应中C0,失重减少的主要原因是由 于CO,的分解不完全而引起，即部分CO,来不及分解即被Al还原. 图5是Fe,O,一CO,一NiO-A1体系的差热分析曲线.图中有3个明显的吸热峰和一个 放热峰.3个大的吸热峰I、Ⅱ和Ⅲ对应的温度分别为117.86,292.86和667.86℃，分别对应 于铝热剂的脱水、脱气过程，CO,的分解点和A1的熔化过程；在吸热峰Ⅱ、Ⅲ之间，有几个小 的吸热峰，表明CO,在此区间的阶段式分解和气化过程；在1025℃的放热峰V则代表铝热 反应过程.可见，在引发Fe,O,-CO,-NiO-AI体系反应前，铝热剂要经历以下3个过程： ①铝热剂脱水、脱气；②CO,熔化、分解、气化；③Al粉熔化.段 辉平 等 多组 元铝 热剂 的反 应特性 · · 心 这 个反 应 的理 论绝热温度依次 为 ， ， ℃ 在燃烧波前沿 的理论 升温 速率可达 一 ℃ ， 远 远 超 过 上述 热分 析 的升温 速 率 ， 因此 在 反 应过 程 中 ， 铝 热剂 的热行 为 也表 现 出其特 殊性 把 ， 旧 ， 、 和 粉 按 化学 计量 ， 配制成铝 热剂 ， 然 后 压 制成 原坯 ， 再把原 坯 置 于 氧 化 铝 增 祸 中 ， 在 氢气保 护下 ， 点 燃 原坯 测 量 反 应 前原 坯 的质 量 巩 以 及 反 应产 物 的 质 量 巩 · 根 据 反 应 前 后 质 量 的变 化 乙 砰 戮 一 叽 ， 分 析 反 应 原 料 在 反 应 过 程 中 的反 应 行 为 · 由于 ， ， 的铝 热反 应 激 烈 程 度 ， 在 相 应 的铝 热剂 中加 人 适 量 的 、 惰 性 稀 释 剂 各原坯 的组 分及 反 应 温 度 如 表 所 示 表 列 出 了各原 坯 在 反 应前后 的质量 变 化 及 反 应前后 原坯 的失 重率 表 原坯组成 质一分数 ， 及反应温度 样 品 呵 心 州 呵 ℃ 一 “ 表 原坯反应前后的质 变化 样品 毗 △邢 失重 率 喷溅 分解 一 否 否是 一 一 ， 一 一 原坯 ， 反 应前 后 出现 明显 的失 重 ， 且 在增 祸 内壁 四 周 可 以 观 察到残 留的绿色 几 广 物 · 由于 不 发 生 喷溅 ， 原坯 ， 的失 重 只 能 由 旧 的分解 和气 化 引起 · 值得 注意 的是 ， 如果 旧 ， 被加 热 的升温速 率 为 ℃ ， 由于 有 充裕 的 时间发生分解 和 气化 ， 其失 重 达 犯 ， 而在 原坯 ， 的铝热反 应 中 ， 假设失 重 全 部 由 旧 的分解 和气化所 引起 ， 其失 重 也仅 占原坯 中 旧 质量 的 一 和 一 ， 接近 于 ， 而小 于 犯 · 可见 ， 在 铝热反 应过 程 中 ， 由于 反 应 速 率较 大 ， 铝 热 剂 的 升温 速 率很 高 ， 心 的失 重反 而 减 少 · 由于 气化速 度 与温度 密切相 关 ， 温 度 越 高 ， 气化 率 也 越 高 ， 因此 铝 热反 应 中 失 重减 少 的主要 原 因是 由 于 旧 的分解 不完全 而 引起 ， 即部 分 来 不 及 分解 即被 还 原 图 是 一 心 ， 一 一 体 系 的差 热分析 曲线 · 图 中有 个 明显 的 吸热峰和 一个 放热 峰 个 大 的 吸热 峰 工 、 和 对应 的 温 度 分别 为 ， 和 ℃ ， 分 别 对应 于 铝 热 剂 的脱 水 、 脱 气过 程 ， 心 的 分 解 点 和 的熔 化 过 程 在 吸 热峰 、 之 间 ， 有 几 个 小 的 吸热峰 ， 表 明 心 在 此 区 间 的 阶段 式分 解 和气化过 程 在 ℃ 的放 热峰 则代表铝 热 反应 过 程 · 可 见 ， 在 引 发 一 一 一 体系反 应 前 ， 铝 热剂要 经 历 以 下 个过 程 ①铝 热剂脱 水 、 脱气 ② 心 熔 化 、 分解 、 气化 ③ 粉熔化 ·