堆积密度、理论密度和压实密度的比较分析

混合完成后，粉末混合物通常会用标准液压机压制成药柱，模具的压力水平使得药柱的压实密度往往介于理论最大密度（TMD）的50%～90%。TMD是不同混合物理论密度的加权平均值。堆积密度的单位为g／cm3。若想获得低密度样品，一般不压制纳米铝热剂混合物。将压机压力设定在100～500 MPa可得到密度介于50%～100% TMD的致密药柱［STA 11c］。压实纳米铝热剂以增加理论密度百分比的操作方法示意图如图3.8所示。

图3.8　压实纳米铝热剂以增加理论密度百分比的操作方法示意图

铝热剂的堆积密度会大大影响纳米铝热剂的反应速率，理论密度百分比的降低，也即压实密度降低，燃烧速率增大。随着铝热剂堆积密度的增加，颗粒间空隙量减小。用压力排出整个药柱里的空气可以有效提高颗粒的热扩散率。如果火焰传播的控制步骤是能量的扩散输运，那么提高热扩散率将增加铝热剂的燃烧速率。

如图3.9所示，纳米铝热剂的燃烧速率增长趋势与微米级铝热剂混合物相反。对于微米尺度的混合物而言，由于颗粒尺度和颗粒间孔隙较大，堆积密度越低，反应速率越低，热损失占自身释放能量的比例越大。

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图3.9　不同铝热剂体系的燃烧速率测试值［PAN 05］

Stamatis等［STA 11b］利用50 W的激光研究了Al／MoO3纳米铝热剂的点火延迟时间与堆积密度的关系。实验中使用的Al／MoO3纳米铝热剂是通过在正己烷溶液中超声搅拌纳米铝颗粒与平均直径为80 nm的MoO3制备获得的。结果表明，Al／MoO3纳米铝热剂的点火延迟时间随着铝热剂堆积密度的增加而增加，如图3.10所示。

图3.10　Al／MoO3纳米铝热剂的激光点火延迟时间［STA 11a］

铝热剂的压实程度决定着铝热剂的燃烧机理。当压实密度达到理论密度阈值的50%时，由于纳米颗粒孔隙间的空气较少，主导的传热机制从热对流转变为热传导。