PTFE/Al復合材料3D打印的軸向梯度結構圖展示了梯度結構的組分分布情況。其激光點火燃燒過程與制備過程相對應：復合材料PA - 7030處在最頂端，被激光引燃后，火焰擴散至穩(wěn)定傳播，隨后向下傳播到復合材料PA - 6040和PA - 5050的位置。整個燃燒過程所用時間大約為360 ms，大致可分為三個階段，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分析

1. 火焰成長階段（0 - 48 ms）：頂端的復合材料PA - 7030被激光作用，由于激光能量高于復合材料閾值，此時復合材料產(chǎn)生熱點并發(fā)生反應，形成火焰。在大約48 ms的短時間內(nèi)，火焰從激光作用的點擴散到整個藥柱頂端，形成比較穩(wěn)定的火焰并進一步傳播。
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。通過對燃燒火焰的分析認為，火焰穩(wěn)定傳播階段發(fā)生在PTFE/Al復合材料PA - 7030內(nèi)部。當火焰前沿達到PA - 7030與PA - 6040的接觸界面時，由于PTFE/Al復合材料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應關系

與燃燒過程相對應，在軸向梯度結構藥柱燃燒過程中，壓力輸出發(fā)生了巨大變化。由于三種PTFE/Al復合材料的存在，整個壓力升高過程也分成了三個階梯，且每個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。

整個升壓過程持續(xù)了大約250 ms，且越往后耗費的時間越長。這主要是因為在較長時間的壓力增長過程中，壓力損耗比較嚴重，后續(xù)壓力升高需要補償前面的壓力損失，導致升壓速率降低、升壓時間變長。

梯度結構設計與壓力輸出的關系

PTFE/Al復合材料的梯度壓力輸出和壓力速率進一步表明，通過梯度結構的設計可以調(diào)節(jié)燃燒反應和能量。PTFE與Al質(zhì)量比對PTFE/Al復合材料的壓力輸出有明顯影響，制備的軸向梯度結構也能有效地對壓力輸出速率和壓力值進行控制。

PTFE形貌對輸出壓力的影響測試與討論

在此基礎上，對PTFE形貌對于PTFE/Al復合材料輸出壓力的影響進行了測試和討論。分別進行了u - PTFE/Al、PTFE - x/Al、n - PTFE/Al復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，并計算了其升壓速率，相關結果通過壓力曲線和升壓速率值體現(xiàn)。

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

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

與之對應的，PTFE - x/Al復合材料中的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，在反應過程中相對較差。

計算得到的升壓速率能夠顯示出壓力的變化響應速度。同樣的，n - PTFE/Al復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以及樣品混合程度。PTFE/Al復合材料制備的均勻性對組分之間反應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復合材料在制備過程中的可靠性。雖然u - PTFE/Al復合材料、PTFE - x/Al復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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