Page 193 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 纪文涛，等： 氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数的变化规律 第 8 期

400
TiO 2: JCPDS, No.83-2242 TiO 2 1 200 TiO 2: JCPDS, No.83-2242 TiO 2
TiN: JCPDS, No.87-0633 TiN TiN: JCPDS, No.87-0633 TiN
300 800 Ti 3O 5: JCPDS, No.11-0217 Ti 3 O 5
Intensity/(a.u.) 200 Intensity/(a.u.)

100 400

0 0
20 30 40 50 60 70 80 20 40 60 80
2θ/(°) 2θ/(°)
3
3
(a) 600 g/m Ti dust (b) 600 g/m Ti dust with 10% H 2
1 200
TiO 2: JCPDS, No.33-1381 TiO 2: JCPDS, No.33-1381
TiO 2 TiO 2
TiN: JCPDS, No.86-2352 Ti 2 O 3 400 Ti 2O 3: JCPDS, No.43-1033 Ti 2 O 3
Ti 3O 5: JCPDS, No.23-0606 Ti 3 O 5 Ti 3O 5: JCPDS, No.82-1138 Ti 3 O 5
Ti 2O 3: JCPDS, No.43-1033 TiN 300 TiO: JCPDS, No.23-1078 TiO
800
Intensity/(a.u.) Intensity/(a.u.) 200
TiN: JCPDS, No.87-0632
TiN
400
100
0 0
20 40 60 80 20 40 60 80
2θ/(°) 2θ/(°)
3
(c) 600 g/m Ti dust with 20% H 2 (d) 600 g/m Ti dust with 25% H 2
3
图 8 爆炸产物的 XRD 谱
Fig. 8 XRD patterns of explosion products
2.3.2 爆炸产物 X 射线光电子能谱分析
为进一步研究氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数变化规律形成机理，采用 X 射线光电子能谱（X-ray
photoelectron spectroscopy, XPS）对氢气/钛粉两相体系爆炸开展进一步分析。测试使用单色化 Al Kα X 射
线源（能量为 1 486.6 eV），分析光斑尺寸设定为 500 μm，宽谱扫描以通过分析器的传输能量 100 eV 进行，
而对 Ti 2p、O 1s 和 C 1s 核心能级区域的高分辨率扫描则采用 50 eV 通能，以获得更精确的化学态信
息。所有光谱均参考吸附碳的 C 1s 特征峰（结合能设定为 284.8 eV）进行荷电校正，以消除表面荷电效
应导致的结合能偏移。图 9(a) 与 (b) 分别展示了 600 g/m 纯钛粉及其与 20% 氢气两相体系爆炸产物
3
XPS 分析结果。根据图 9(a) 可知，钛的氧化产物中不仅含有钛的氧化物 TiO ，还含有 TiN。为精确解析
x
钛的化学态，对 Ti 2p 光谱进行分峰拟合。Ti 2p 谱图分解为自旋轨道分裂产生的 Ti 2p 3/ 2 和 Ti 2p 1/ 2 峰双
峰。在拟合中，每个双峰的 2 个组分强度比 A(Ti 2p )/A(Ti 2p ) 等于 0.5，且其结合能之差 ΔEᵇ固定为
3/2
1/2
5.7 eV。对于图 9(a) 所示的纯钛粉爆炸产物，其 Ti 2p 谱图主要由 2 套双峰构成：主双峰的 Ti 2p 3/ 2 结合能
4+
位于 458.42 eV，归属于 TiO 中的 Ti ；次双峰的 Ti 2p 3/ 2 结合能位于 455.61 eV，归属于 TiN 中的 Ti 。相
3+
2
比之下，从图 9(b) 可以看出，氢气体积分数为 20% 的两相体系爆炸产物则呈现出更复杂的化学价态组
b
4+
成。Ti 2p 谱在结合能 E (Ti 2p ) 为 458.34、456.02、460.92、454.69 eV 处分别归属于 Ti 在 TiO (Ti )、
3/2
2
3+
3+
Ti O (Ti )、Ti O (Ti /Ti 混合价态) 和 TiN(Ti ) 中的成键能。根据各拟合组分的峰面积可知，纯钛爆炸
3+
4+
5
2
3
3
产物的主要状态为 TiO (Ti ) 和 TiN(Ti )，而在掺氢条件下，钛的价态分布更加多样化，且 TiO 对应的
4+
3+
2
2
4+
XPS 峰面积明显减小，而 TiN 对应的 XPS 峰面积明显增大。爆炸产物虽仍以 TiO (Ti ) 为主，但出现了
2
3+
显著的 Ti O (Ti )、Ti O (Ti /Ti 混合价态) 和 TiN(Ti )。这证实了氢气的引入促进了低价态钛氧化物的
3+
4+
3+
5
3
2
3
生成，同时促使更多 TiN 的生成，即氢气的添加将加剧钛粉在爆炸过程中与氧气之间的不完全反应，同
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