Алюминий. 
Теория горения и взрыва

Алюминий обладает весьма плотным непроницаемым оксидом (j = 1,28). В условиях, когда не удается избежать образования защитной пленки, воспламенение алюминия достигается только после ее разрушения. Так, при исследовании воспламенения одиночных частиц алюминия в горелках А. Мачек получил значения температуры воспламенения, весьма близкие к температуре плавления оксида алюминия. Это означает, что в этих экспериментальных условиях оксидная пленка при нагреве частиц выросла настолько, что дальнейшая химическая реакция между алюминием и окисляющим газом практически прекратилась. Воспламенение стало возможным только после расплавления оксидной пленки, при котором ее диффузионная проводимость возрастает на несколько порядков. Кроме того, жидкая пленка легче разрывается парами металла или может стекать с частицы [30].

При исследовании воспламенения алюминия в наиболее благоприятных условиях (высокая дисперсность, большая концентрация частиц) удалось достичь воспламенения алюминия при весьма низких температурах (ниже точки плавления алюминия) — 770−920 К [18]. Другие экспериментальные температуры воспламенения алюминия лежат в интервале между этими температурами и температурой плавления оксида алюминия. Такой большой диапазон температур воспламенения алюминия не может быть объяснен тепловой теорией воспламенения и свидетельствует о большой роли оксидной пленки.

В соответствии с асимптотическим законом окисления для алюминия характерна экстремальная зависимость температуры воспламенения от размера частиц [30]. Время задержки воспламенения частиц алюминия от размера частиц весьма хорошо описывается квадратичной зависимостью.

При горении в пламени конденсированной системы температура воспламенения и время задержки воспламенения алюминия зависят прежде всего от размера частиц и от параметров горения, таких как температурный профиль факела и состав продуктов сгорания. Так, мелкие частицы алюминия воспламеняются вблизи поверхности горения, при температуре около 1300 К, крупные — на значительном удалении от поверхности, при температурах вплоть до температуры плавления оксида алюминия.

Концентрация алюминия в пламени конденсированной системы влияет на параметры воспламенения алюминия не совсем так, как концентрация металлических частиц, находящихся в изолированном состоянии. С повышением содержания металла в исходном составе увеличивается возможность контакта металлических частиц и их слияния в более крупные частицы, которые воспламеняются труднее. Если укрупнение частиц будет влиять на их воспламеняемость сильнее, чем взаимное тепловое влияние, с повышением количества металла в составе конденсированной системы воспламеняемость алюминиевых частиц будет затрудняться. Исследования показывают, что повышение концентрации металлических частиц облегчает воспламенение алюминия.

Состав продуктов сгорания и давление слабо влияют на время задержки воспламенения алюминия при условии, что при изменении состава газовой среды не изменяется ее температура. При повышении содержания окислительных газов время задержки воспламенения несколько снижается. Слабое влияние оказывает состав среды и на температуру воспламенения алюминия.

Бериллий

Бериллий, как и алюминий, обладает окисной пленкой с весьма высокими защитными свойствами (? = 1,68). Это приводит к тому, что воспламенение частиц бериллия в неблагоприятных тепловых условиях происходит при высоких температурах. Для бериллия «переходной» является температура кипения, которая ниже, чем температура плавления сто оксида. Близкая к 2700 К температура воспламенения бериллия получена А. Мачеком (1971), который изучал горение одиночных бериллиевых частиц. Вместе с тем в случае малых теплопотерь воспламенение бериллия может происходить при сравнительно невысоких температурах — до 1300 К.

В пламени конденсированной системы воспламенение частиц бериллия происходит при температуре, близкой к температуре кипения бериллия, на значительном удалении от поверхности горения. Время задержки воспламенения частиц бериллия зависит от диаметра несколько сильнее, чем по квадратичному закону, но это отклонение может быть объяснено потерями тепла в результате радиации, которые вследствие высокой излучательной способности бериллия нс являются пренебрежимо малыми.