一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：将铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；将配方量的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa～0.2MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料。本发明专利技术最终制得的微纳复合结构铝粉材料具有宏观微米尺度和微观纳米结构的多尺度结构，形貌为球形、近球形或类球形；微纳复合结构铝粉材料的起始反应温度为550℃，一次氧化增重达到38.4％，反应温度和起始反应温度大幅降低、反应活性大幅提升、释能过程更加集中。释能过程更加集中。释能过程更加集中。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及铝粉材料，具体涉及一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]铝以其成本优势与能量优势成为金属燃料中应用最广泛的一种，但是其自身结构特点决定了其在实际应用中存在一些缺陷，例如Li Z Y,等在《Effects of Particle Size on Two
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Phase Flow Loss in Aluminized Solid Rocket》Motors[J].Acta Astronaut.,2019,159:33
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40一文中指出：受材料自身尺寸与结构影响，常用的微米铝粉有效铝含量较高，但点火温度通常高于2000K，在实际反应过程中，铝粉颗粒从露出推进剂燃面开始会经历熔融
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堆积
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团聚过程，这一过程中会形成大铝液滴，从而使得铝的点火变得困难，点火温度较高。Gromov AA等在Metal nanopowder:production,characterization,and energetic application[M].Wiley
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VCH,Weinheim,2014一文中指出：纳米铝粉具有较高的反应活性与反应完全率以及更低的点火温度(800k)、更短的燃烧时间，从而增加了对反应介面的热反馈，可以有效降低两相流损失，但由于纳米铝粉特殊的颗粒尺寸，使得有效铝(活性铝)含量随颗粒尺度的减小大幅度降低，通常由于有效铝含量不足90％而导致材料的绝对能量与微米铝粉相比有一定的差距。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种微纳复合结构铝粉材料，以解决现有技术中心微米铝粉反应活性差而纳米铝粉绝对能量较低的技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：
[0005]一种微纳复合结构铝粉材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；
[0007]步骤2、将配方量的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa～0.2MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；
[0008]步骤3、启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料；
[0009]其中，所述微纳复合结构铝粉材料中，微米铝粉与纳米铝粉的质量比为(8～10):1。
[0010]本专利技术还具有以下技术特征：
[0011]可选的，所述微纳复合结构铝粉材料的形状为球形、近球形或类球形。
[0012]更进一步的，所述微纳复合结构铝粉材料中，纳米铝粉颗粒的粒度分布为100～200nm，微米铝粉的粒度分布为8～12μm。
[0013]更进一步的，步骤1中，所述铝丝的直径为0.1～0.35mm。
[0014]更进一步的，所述步骤3中，循环流动的微米铝粉的传输速率为4g/min～10g/min；
电爆炸反应的放电电压为20～30KV，电容器容量为3.0～4.0μF，放电频率0.5～1.5Hz，电爆炸长度为70～120mm。
[0015]更进一步的，步骤3中，纳米铝粉颗粒沉积于微米铝粉颗粒上的时间为30～60min。
[0016]更进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
[0017]步骤1、将直径为0.2mm的铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；
[0018]步骤2、将300g平均粒度为10μm的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；
[0019]步骤3、启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料；
[0020]其中，所述微纳复合结构铝粉材料中，微米铝粉与纳米铝粉的质量比为10:1；纳米铝粉的粒度分布为100～200nm；
[0021]所述步骤3中，循环流动的微米铝粉的传输速率为5g/min；电爆炸反应的放电电压为25KV，电容器容量3.6μF，放电频率0.5Hz，电爆炸长度为100mm；纳米铝粉沉积在微米铝粉上的时间为30min。
[0022]本专利技术还保护一种微纳复合结构铝粉材料，所述复合材料采用上述微纳复合结构铝粉材料的制备方法制得。
[0023]优选的，所述微纳复合结构铝粉材料中，微米铝粉与纳米铝粉的质量比为10:1；
[0024]纳米铝粉颗粒的粒度分布为100～200nm，微米铝粉的粒度分布为8～12μm。
[0025]本专利技术还保护上述微纳复合结构铝粉材料的制备方法制得的微纳复合结构铝粉材料用于制备固体火箭推进剂或高能炸药的应用；或上述微纳复合结构铝粉材料用于制备固体火箭推进剂或高能炸药应用。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0027](1)采用本专利技术的制备方法制得的微纳复合结构铝粉材料具有宏观微米尺度，微观纳米结构的多尺度结构，形貌为球形，粒度为100～200nm的纳米铝粉颗粒在粒度为8～12μm的铝粉表面生长；与微米铝粉相比，微纳复合结构铝粉材料的起始反应温度为550℃，一次氧化增重达到38.4％，反应温度和起始反应温度大幅降低、反应活性大幅提升、释能过程更加集中；微纳复合结构铝粉材料的实测燃烧热为26.3KJ/g，而电爆炸制备的纳米铝粉的实测燃烧仅为24.5KJ/g，与纳米铝粉相比，本专利技术提供的微纳复合结构铝粉材料具有更高的能量优势。
[0028](2)采用本专利技术的制备方法制得的微纳复合结构铝粉材料结构稳定，可以用于制备固体火箭推进剂或高能炸药。
附图说明
[0029]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
[0030]在附图中：
[0031]图1为实施例1制得的微纳复合结构铝粉材料的扫描电镜图；
[0032]图2为实施例1制得的微纳复合结构铝粉材料的粒度分布图；
[0033]图3为实施例1制得的微纳复合结构铝粉材料的XRD图；
[0034]图4为实施例1制得的微纳复合结构铝粉材料的DSC
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TG图。
[0035]以下结合附图和实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
[0036]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，任何本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]需要说明的是，本专利技术中的所有原材料、实验设备和检测设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的原材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；步骤2、将配方量的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa～0.2MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；步骤3、启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料；其中，所述微纳复合结构铝粉材料中，微米铝粉与纳米铝粉的质量比为(8～10):1。2.如权利要求1所述的微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，所述微纳复合结构铝粉材料的形状为球形、近球形或类球形。3.如权利要求1所述的微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，所述微纳复合结构铝粉材料中，纳米铝粉颗粒的粒度分布为100～200nm，微米铝粉的粒度分布为8～12μm。4.如权利要求1所述的微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述铝丝的直径为0.1～0.35mm。5.如权利要求1所述的微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，循环流动的微米铝粉的传输速率为4g/min～10g/min；电爆炸反应的放电电压为20～30KV，电容器容量为3.0～4.0μF，放电频率0.5～1.5Hz，电爆炸长度为70～120mm。6.如权利要求1所述的微纳复合结构铝粉材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，纳米铝粉颗粒沉积于微米铝粉颗粒上的时间为30～60min。7.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕英迪，姚冰洁，姜俊，李洪丽，唐望，郭涛，郑晓东，邱少君，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：