[发明专利]一种含能材料细观热点物理模型的建模方法

权利要求书

1.一种含能材料细观热点物理模型的建模方法，其特征在于：在考虑细观结构形成及演变和温度对组分材料的热物理性能的影响，对其细观热点物理模型的建立方法进行描述，该方法包括：热分解机理函数和参数的确定；对含能材料微结构表面形貌演化规律的研究；对含能材料微结构内部形貌演化规律的研究；对含能材料组分热物理常数的测定四个部分，具体包括以下步骤：

步骤1：通过DSC法和激光导热法确定组分材料的热容和导热率；

步骤1.1采用差示扫描量热DSC法获取含能颗粒和粘合剂基体的热容

高纯氮气气氛，流速为30-50ml/min；粘合剂基体试样预先加工成厚度为0.5-1.5mm，直径为5-7mm的平整圆片型试件；含能颗粒粉末状样品直接装入样品盘中，装样品时要轻震样品盘，以便样品间、样品与盘之间接触良好；从室温25摄氏度，按照一定的升温速率加热试样，直至试样完全挥发，得到试样的DSC曲线；根据曲线计算得到样品的热容，其中，一定的升温速率为1～10摄氏度/min；

步骤1.2：采用激光导热法获取含能颗粒和粘合剂基体的导热率

将含能颗粒和粘合剂基体预先加工成直径为10-14mm，误差小于1.5mm；厚度0.5-1.5mm，误差小于0.5mm的平整圆片型试件；将制作好的试件放入导热仪中，按照一定的升温速率加热试件，至400摄氏度，每升温50摄氏度，通过探针获取其导热系数，每个试件获取5个值，通过取平均值，得其导热率，其中，一定的升温速率为1～10摄氏度/min；

步骤2：基于DSC-TG试验确定热分解机理函数和参数；

步骤2.1：获取含能材料的组分材料，在四种升温速率下的DSC曲线，其中含能材料的组分材料包括含能颗粒和粘合剂基体，四种温度分别为1℃/min、5℃/min、10℃/min、15℃/min，用于计算组分材料的阿伦尼乌斯参数，包括反应活化能、指前因子、机理函数，计算方法如下：

采用非等温动力学Kissinger方程(1)和Coats-Redfern方程(2)共同确定含能材料的组分材料的化学反应动力学参数和机理函数：首先从所测试样的四种升温速率的TG曲线获得DTG峰温和反应深度值，用Kissinger方程得到反应活化能和指前因子，再通过Coats-Redfern方程确定g(α)函数；

其中β为升温速率，T_p为峰温，T为在热分解过程中任一温度，E_a为表观活化能，A为指前因子，R为气体常数，8.314J/K.mol，g(α)为机理函数积分形式，α为反应深度；

步骤2.2：获取含能材料的组分材料，在升温速率为5℃/min下的TG曲线，其中含能材料的组分材料包括含能颗粒和粘合剂基体，用于对比计算材料随温度几何形貌的演化；

步骤3：通过扫描电镜试验获取含能材料表面形貌随温度的演化规律，进行定量分析，得出表面形貌随温度演化规律；

步骤3.1：获取含能颗粒在不同温度下的细观表面形貌图片，为计算含能颗粒形貌随温度演化曲线提供基础；

步骤3.2：获取粘合剂基体在不同温度下的细观表面形貌图片，为研究粘合剂基体形貌随温度演化规律提供依据；

步骤4：通过μCT试验获取含能材料内部形貌随温度的演化规律，并进行定量分析，与表面形貌演化规律相比较，为数值模型的建立提供基础；

步骤4.1：获取含能颗粒在不同温度下的细观内部形貌图片，为计算含能颗粒形貌随温度演化曲线提供基础；

步骤4.2：获取粘合剂基体在不同温度下的细观内部形貌图片，为研究粘合剂基体形貌随温度演化提供依据；

步骤5：总结以上四步骤的结果，基于传热学方程(3)和结构演化规律得出含能材料的热物理模型：

其中ρ为密度、C为比热容、T为温度、t为时间、λ为导热系数、S为化学反应放热项；所述的热物理模型包括三部分：粘合剂基体热分解和热传导、含能颗粒的热分解和热传导、含能颗粒/基体界面演化；

对于化学反应放热项S有以下普适表达式

其中Q为单位质量的化学反应放热、α为含能材料已反应掉的质量百分数。