PTFE/Al復(fù)合材料3D打印的軸向梯度結(jié)構(gòu)圖展示了梯度結(jié)構(gòu)的組分分布情況。其激光點(diǎn)火燃燒過程與制備過程相對(duì)應(yīng)：復(fù)合材料PA - 7030處在最頂端，被激光引燃后，火焰擴(kuò)散至穩(wěn)定傳播，隨后向下傳播到復(fù)合材料PA - 6040和PA - 5050的位置。整個(gè)燃燒過程所用時(shí)間大約為360 ms，大致可分為三個(gè)階段，即火焰成長階段、穩(wěn)定傳播階段和爆燃階段。

燃燒過程各階段詳細(xì)分析

1. 火焰成長階段（0 - 48 ms）：頂端的復(fù)合材料PA - 7030被激光作用，由于激光能量高于復(fù)合材料閾值，此時(shí)復(fù)合材料產(chǎn)生熱點(diǎn)并發(fā)生反應(yīng)，形成火焰。在大約48 ms的短時(shí)間內(nèi)，火焰從激光作用的點(diǎn)擴(kuò)散到整個(gè)藥柱頂端，形成比較穩(wěn)定的火焰并進(jìn)一步傳播。
2. 火焰穩(wěn)定傳播階段（60 ms - 203 ms）：火焰通過藥柱頂端向下傳播。通過對(duì)燃燒火焰的分析認(rèn)為，火焰穩(wěn)定傳播階段發(fā)生在PTFE/Al復(fù)合材料PA - 7030內(nèi)部。當(dāng)火焰前沿達(dá)到PA - 7030與PA - 6040的接觸界面時(shí)，由于PTFE/Al復(fù)合材料PA - 6040具有更好的燃燒性能，便出現(xiàn)了爆燃階段（203 ms - 360 ms）。

燃燒過程與壓力輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系

與燃燒過程相對(duì)應(yīng)，在軸向梯度結(jié)構(gòu)藥柱燃燒過程中，壓力輸出發(fā)生了巨大變化。由于三種PTFE/Al復(fù)合材料的存在，整個(gè)壓力升高過程也分成了三個(gè)階梯，且每個(gè)階段具有不同的升壓速率：

1. 第一階段：空間內(nèi)壓力以1068.23 kPa/s的速度迅速上升到約40 KPa。
2. 第二階段：壓力從約40 KPa增加到約51 KPa，壓力速率為218.36 KPa/s。
3. 第三階段：壓力增加到最大值約62 KPa，壓力速率約為110.85 KPa/s。

整個(gè)升壓過程持續(xù)了大約250 ms，且越往后耗費(fèi)的時(shí)間越長。這主要是因?yàn)樵谳^長時(shí)間的壓力增長過程中，壓力損耗比較嚴(yán)重，后續(xù)壓力升高需要補(bǔ)償前面的壓力損失，導(dǎo)致升壓速率降低、升壓時(shí)間變長。

梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與壓力輸出的關(guān)系

PTFE/Al復(fù)合材料的梯度壓力輸出和壓力速率進(jìn)一步表明，通過梯度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)燃燒反應(yīng)和能量。PTFE與Al質(zhì)量比對(duì)PTFE/Al復(fù)合材料的壓力輸出有明顯影響，制備的軸向梯度結(jié)構(gòu)也能有效地對(duì)壓力輸出速率和壓力值進(jìn)行控制。

PTFE形貌對(duì)輸出壓力的影響測試與討論

在此基礎(chǔ)上，對(duì)PTFE形貌對(duì)于PTFE/Al復(fù)合材料輸出壓力的影響進(jìn)行了測試和討論。分別進(jìn)行了u - PTFE/Al、PTFE - x/Al、n - PTFE/Al復(fù)合材料單一藥柱的壓力輸出測試，記錄了它們的最大壓力值，并計(jì)算了其升壓速率，相關(guān)結(jié)果通過壓力曲線和升壓速率值體現(xiàn)。

三種形貌的PTFE/Al復(fù)合材料藥柱具有很快的壓力輸出過程，在50 ms的時(shí)間內(nèi)，壓力值從常壓升到了最大壓力，對(duì)應(yīng)的壓力值分別為：u - PTFE/Al復(fù)合材料3919.2 KPa、PTFE - x/Al復(fù)合材料3762.5 KPa以及n - PTFE/Al復(fù)合材料3922.0 KPa。

n - PTFE/Al復(fù)合材料藥柱具有更大的輸出壓力值，主要是因?yàn)榧{米的PTFE顆粒具有更大比表面積，在復(fù)合材料內(nèi)部與納米Al顆粒有更多的接觸機(jī)會(huì)，在被引燃之后能夠更充分地互相反應(yīng)，產(chǎn)生較多的氣體產(chǎn)物，從而形成較大的壓力輸出值。

與之對(duì)應(yīng)的，PTFE - x/Al復(fù)合材料中的PTFE纖維形貌不規(guī)則，雖然與u - PTFE具有相似的尺寸，但是PTFE纖維的比表面積小于u - PTFE顆粒的，在反應(yīng)過程中相對(duì)較差。

計(jì)算得到的升壓速率能夠顯示出壓力的變化響應(yīng)速度。同樣的，n - PTFE/Al復(fù)合材料藥柱具有最大的升壓速率（約86321.84 KPa/s），主要依賴于納米尺度上的反應(yīng)以及樣品混合程度。PTFE/Al復(fù)合材料制備的均勻性對(duì)組分之間反應(yīng)的充分程度有著巨大的影響，高升壓速率的獲得證明了PTFE/Al復(fù)合材料在制備過程中的可靠性。雖然u - PTFE/Al復(fù)合材料、PTFE - x/Al復(fù)合材料藥柱的升壓速率不是最高的，但依舊有47439.28 KPa/s和59822.60 KPa/s的值。

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