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铝热剂的点火和传播

1900
用于化学动力学研究的实验室中使用镁带的热敏点火装置。

铝热剂具有极高的活化能,使其在室温下稳定且难以点燃。点火需要达到约 1,300 °C (2,400 °F) 的温度。这通常不是通过直接火焰来实现的,而是借助中间高温引发剂(例如燃烧的镁带或专门设计的烟火引信)来实现的,这些引发剂可提供引发反应所需的局部能量。

铝热剂的高燃点直接源于其反应机理,即固态反应。与气相或液相反应(反应物可自由移动且混合)不同,在铝热剂中,铝和金属氧化物颗粒最初呈固态。反应开始时,原子必须获得足够的动能,以克服扩散和颗粒界面键重排的能垒。这需要大量的热能输入,这决定了铝热剂具有较高的活化能。

A simple match or propane torch does not provide a sufficiently high temperature or energy density to initiate the self-sustaining reaction. The standard method involves using a material that burns at a very high temperature. Magnesium ribbon is a classic initiator, as its combustion in air ([latex]2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO[/latex]) reaches temperatures of about 2,200 °C, well above thermite’s ignition point. Other initiators include sparklers (which contain metal powders and oxidizers) or mixtures like potassium permanganate and glycerin, which react hypergolically. Once a small portion of the thermite mixture is ignited, the immense heat it releases is transferred to the adjacent material, causing the reaction to propagate in a wave-like front through the entire mixture. The speed of this propagation depends on factors like stoichiometry, particle size, and packing density. Finer powders with greater surface area react faster, while denser packing improves thermal conductivity, aiding propagation. This high activation energy is a crucial safety feature, preventing accidental ignition while allowing for deliberate and controlled use.

UNESCO Nomenclature: 2207
– Physical chemistry

类型

物理特性

中断

递增

使用方法

广泛使用

前体

  • 阿伦尼乌斯方程,将反应速率与温度和活化能联系起来
  • discovery and characterization of magnesium’s high-temperature combustion properties
  • 斯万特·阿伦尼乌斯提出的化学反应活化能概念
  • 固体材料传热和热导率的研究

应用

  • 铝热剂混合物的安全处理和储存程序的设计
  • 军用燃烧装置可靠引信的开发
  • 控制和可预测的放热焊接过程的启动
  • 创造高延迟、高能量的烟火效果
  • 在实验室环境中用于高温材料合成

专利:

    潜在的创新想法

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