بررسی هم‌زمان اثرات افزودنی نانوآلومینیم و فرایند اختلاط بر رفتار گرمایی مخلوط ترمیتی حاوی مس اکسید
محورهای موضوعی : شیمی تجزیهسید قربان حسینی 1 * , زهرا جوانی 2 , علی شیخ پور 3 , منوچهر فتح الهی 4 , سعید توانگر روستا 5
1 - دانشیار شیمی معدنی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 - استادیار شیمی معدنی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اسلامشهر، ایران
3 - دکتری شیمی معدنی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
4 - استادیار شیمی فیزیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
5 - استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
در این پژوهش، اثرات افزودنی نانوآلومینیم و فرایند اختلاط بر رفتار گرمایی ترمیت Al/CuO با استفاده از روش‌های تجزیه گرماییDSC و تصویربرداری FE-SEM بررسی شد. نتایج تجزیه DSC نشان داد که مخلوط ترمیتی µm-Al/nm-CuO فاقد واکنش گرماده است. اما اشتعال مخلوط‌های µm-Al50%+nm-Al50%]/nm-CuO، [µm-Al80%+nm-Al20%]/nm-CuO، [µm-Al95%+nm-Al5%]/nm-CuO و nm-Al/nm-CuO به ترتیب در 600/9، 604/0، 605/5 و ºC 608/4 رخ داد. بررسی رفتار گرمایی این مخلوط‌ها نشان داد که هر چه مقدار افزودنی نانوآلومینیم در فرمولاسیون µm-Al+nm-Al]/nm-CuO] بیشتر باشد، مخلوط‌ها غیرحساس‌تر و پرانرژی‌تر می‌شوند. همچنین، اختلاط فراصوت، دمای اشتعال مخلوط‌های سه‌جزئی گفته‌شده را کاهش و گرمای واکنش آن‌ها را افزایش داد. این بهبود در ویژگی گرمایی، با شکستن کلوخه‌ها و بهبود در کیفیت اختلاط با استفاده از امواج فراصوت توضیح داده شد. در گام بعدی، سینتیک واکنش nm-Al/nm-CuO تهیه‌شده به دو روش اختلاط فیزیکی ساده و اختلاط فراصوت بررسی شد. نتایج نشان داد که مخلوط تهیه‌شده به روش اختلاط فراصوت نسبت به مخلوط تهیه‌شده به روش اختلاط فیزیکی ساده، انرژی فعال‌سازی کمتری دارد. همچنین، اشتعال مخلوط nm-Al/nm-CuO تهیه‌شده به روش اختلاط فراصوت در یک مرحله اصلی رخ داد، در حالی‌که مخلوط ترمیتی مشابه که با روش اختلاط فیزیکی ساده تهیه‌شده بود، دو مرحله واکنش اصلی 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.