超细Al-Si-Mg合金燃料的构建与反应特性：提升热释放材料能量输出的创新策略

为解决Al-Si合金燃料反应速率慢、燃烧效率低的问题，北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的研究团队通过气体雾化法成功制备了AlSi9Mgx合金燃料。研究发现，高活性Mg的引入降低了活化能，使燃烧效率提升至99%以上，点火延迟时间显著缩短，与高氯酸钾(KP)混合体系的火焰传播速率提升3倍。该研究为优化合金燃料能量输出提供了可靠方法，在推进剂、烟火药等含能材料领域具有重要应用价值。

　　

金属燃料作为含能材料的关键组分，其燃烧性能直接决定能量输出效率。传统Al-Si合金燃料虽具有较高燃烧焓值（31,000 J·g^?1），但表面富集的Si相会阻碍氧扩散，导致后期燃烧速率骤降。如何突破这一"先快后慢"的燃烧瓶颈，成为提升合金燃料性能的核心难题。北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的研究团队独辟蹊径，通过引入高活性镁元素，构建出具有快速能量释放特性的AlSi9Mgx合金燃料体系。

研究采用气体雾化法制备样品，结合热分析(TG-DSC)、弹式量热仪、恒容爆炸系统和激光点火测试等关键技术。通过调控Mg含量梯度（0%、1%、3%），系统考察了微观结构演变与燃烧性能的构效关系。

形貌与结构分析显示，AlSi9Mgx燃料呈球形且元素分布均匀，内部形成Mg₂Si低熔点化合物。酸腐蚀实验证实，Mg的引入显著增大颗粒孔隙率，为后续氧化反应提供通道。

热氧化特性研究发现，Mg的加入使燃料熔点降低至564.09°C，第一阶段氧化峰温度下降25°C。动力学计算表明，Mg使第二阶段反应活化能降低200-300 kJ/mol，这归因于Mg₂Si分解产生的Mg蒸气破坏了氧化层完整性。

燃烧性能测试取得突破性结果：在1.5 MPa氧气中，AlSi9Mg3的峰值压力达1768.51 kPa，增压速率提升至44.75 kPa/ms；点火延迟时间从42.2 ms缩短至8.6 ms。与高氯酸钾(KP)的混合体系中，火焰传播速率提升至42.543 mm/s，比基准组快3倍。光谱分析检测到强MgO发射带，证实Mg参与链式反应。

该研究创新性地提出"低熔点化合物调控"策略：Mg₂Si在580°C熔融分解，产生的Mg蒸气穿透氧化层引发预反应，这种"内源点火"机制显著提升燃烧效率至99%以上。论文发表于《F》期刊，为设计高性能合金燃料提供了新思路，在固体推进剂和混合炸药等领域具有重要应用前景。