Исследование взрывчатых свойств нанотермитов CuO/Al-Ni и CuO/Al-Fe
Authors: Гордеев В.В. , Казутин М.В. , Козырев Н.В. , Ворожцов А.Б. 
Published: October 2024

Нанотермиты на основе нанопорошков алюминия Al, обладая уникальными взрывчатыми свойствами, имеют и ряд недостатков, среди которых высокая чувствительность к трению, электростатической искре, изменение характеристик с течением времени. Эти обусловлено высокой реакционоспособностью наноалюминия, контролируемое подавление которой может устранить перечисленные недостатки. Нанопорошки биметаллических сплавов алюминия с никелем Al-Ni и алюминия с железом Al-Fe характеризуются меньшей реакционной способностью и представляют интерес в качестве замены Al в нанотермитных смесях. При замене справедливо ожидать снижения чувствительности и стабилизации свойств нанотермита. На первый взгляд, также должны снижаться энергетический потенциал и взрывчатые характеристики, поскольку Ni и Fe обладают существенно меньшим, по сравнению с Al, тепловым эффектом при кислородном окислении. С другой стороны, нанопорошок Al всегда содержит оксид Al2O3 на поверхности частиц, содержание которого может достигать 50 и выше. Al2O3 в составе нанотермита является балластным компонентом и снижает взрывчатые характеристики. Биметаллические наночастицы Al-Ni и Al-Fe менее подвержены поверхностному окислению и содержат больше активного металла. Таким образом, априорный прогноз взрывчатых свойств нанотермитов с использованием биметаллических наночастиц затруднен и наработка экспериментальных данных представляет научный и практический интерес. В настоящей работе приводятся результаты расчетных и экспериментальных исследований взрывчатых характеристик нанотермитов CuO/Al-Ni и CuO/Al-Fe в сравнении с CuO/Al. Показано, что с увеличением доли Al в биметаллическом горючем растут практические показатели мощности взрыва: при содержании Al в сплаве 90 характеристики нанотермитов CuO/Al-Ni и CuO/Al-Fe сравнимы с CuO/Al. Снижение в горючем содержания Al до 70 приводит к потере способности горения в миллиграммовых навесках и слое толщиной 0,1 мм. Электростатическую чувствительность нанотермита заменой Al на биметаллические наночастицы Al-Ni и Al-Fe снизить не удается.

Nanothermites based on nano-Al, exhibiting unique explosive performance, have a number of shortcomings among which are high sensitivities to friction and electrostatic spark and a variation in characteristics over time. This is due to the high reactivity of nanoAl whose controlled suppression can eliminate the listed drawbacks. Nanopowders of bimetallic alloys such as Al-Ni and Al-Fe are distinguished by a lower reactivity and are of interest as replacement to Al in nanothermite composites. If replaced, it is fair to expect reduced sensitivity and stabilization of the nanothermite properties. At first view, the energetic potential and explosive performance must deteriorate too, as Ni and Fe possess a considerably lower thermal effect than Al when oxidized with oxygen. On the other hand, the Al nanopowder always contains Al2O3 on the particle surface whose content may attain 50 and more. Al2O3 contained in the nanothermite is a ballast constituent and reduces the explosive performance. The bimetallic particles of Al-Ni and Al-Fe are less susceptive to superficial oxidation and comprise more active metal. Thus, the a-priori prediction of explosive performance of nanothermites composed of the bimetallic particles is impeded, and the experimental data acquisition is of scientific and practical interest. Here we report the calculated and experimental results from studies into the explosive performance of CuO/Al-Ni and CuO/Al-Fe nanothermites compared to CuO/Al. As the proportion of Al in the bimetallic fuel was raised, the practical indicators of explosion power were found to rise: when the Al content in the composite was 90, the characteristics of the CuO/Al-Ni and CuO/Al-Fe nanothermites were comparable to those of CuO/Al. The decrease in the Al content to 70 resulted in the loss of burning capability of milligram weighed samples and in the layer of 0.1 mm thick. The electrostatic sensitivity of the nanothermite could not be reduced by replacing Al with Al-Ni and Al-Fe bimetallic particles.