一种制备超级铝热剂Ａｌ／ＰｂＯ纳米复合含能材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种超级铝热剂Ａｌ／ＰｂＯ纳米复合含能材料及其制备方法。该超级铝热剂Ａｌ／ＰｂＯ纳米复合含能材料由纳米级铝粉与ＰｂＯ组成，其摩尔比为：（１∶３）～（１∶１），所述铝粉粒径为２０～１００ｎｍ，得到的纳米复合含能材料的粒径为５０ｎｍ～１５０ｎｍ。本发明专利技术将有机或无机铅盐，有机或无机碱分别溶解于醇溶液中；完全溶解后，将二者醇溶液混合，生成乳白色溶胶；最后加入纳米铝粉，充分搅拌，过滤，洗涤，干燥即可。本发明专利技术工艺简单，操作方便，易于控制，安全性能高，制备得到的纳米复合含能材料Ａｌ／ＰｂＯ作为燃烧催化剂对双基系固体推进剂的燃烧具有优良的催化效果，能显著提高推进剂燃速和降低压力指数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超级铝热剂Al/PbO纳米复合含能材料及其制备方法，属于纳米材料制备
，该纳米复合含能材料可作为双基系推进剂的燃烧催化剂。
技术介绍
双基系推进剂是用于火箭和导弹的一类高能燃料，但其缺点是燃速较低、压カ指数较高，需要加入燃烧催化剂来调节燃烧性能。研究发现，双基系推进剂中加入适量的铅催化剂不仅能够提高燃速，还可以实现“平台”或“麦撒”燃烧的特性。然而，随着火箭导弹技术的不断发展改进，其对动カ源——推进剂的要求也越来越高，故需要开发新型的高效燃烧催化剂来满足新型固体推进剂发展的需要，从而实现在高性能武器上应用的终极目标。此外，双基系推进剂作为火箭和导弹的动カ源，其必然要追求很高的能量。然而惰性催化剂的使用虽然改善了推进剂的燃烧性能，但同时也降低了其能量。因此，探索和开发含能的燃 速催化剂就成为新型固体推进剂研究中的ー个重要方向。含能催化剂的重要特点就是本身含能，其在双基系推进剂配方中既可和其它组分协同以改善燃烧性能，而且还可以释放自身能量以保证甚至提高推进剂的能量性能。纳米铝粉作为高能燃料应用于固体推进剂中，已被证明能够大大地改善推进剂燃烧性能。由于其极高的热释放率会提高凝聚相中的热释放速率，故含纳米铝粉的推进剂具有较高的热通量，从而可提高燃速。国外研究结果表明，与普通铝粉相比，纳米铝粉有较低的开始化学反应的低限温度，并且具有较大的比表面积和较小尺寸，因此它可以显著提升固体推进剂燃速和降低燃速压カ指数。然而，纳米铝粉由于极大的比表面积、很高的比表面能和比表面活性，其容易团聚且表面极易被氧化而失去活性；此外，纳米铝粉与有机溶剂的不兼容性以及在空气、酸、碱性介质中容易发生腐蚀，使其在固体推进剂中的应用受到了很大限制。由两组分经复合处理得到的纳米级金属/非金属基含能材料的反应性体系，称为超级招热剂(Super Thermites)或亚稳态分子间复合物(Metastable IntermolecularComposites, MIC)，一般是纳米级铝粉和氧化性较强的金属/非金属氧化物组成的复合物，其作为燃烧催化剂有如下好处第一，减弱甚至消除纳米铝粉因自身各种作用カ而造成的团聚现象，有效地提高纳米铝粉的分散性，从而可以保证其优异纳米功能特性的充分发挥；第二，发挥纳米金属/非金属氧化物应用于固体推进剂所帯来的优异性能，不仅能够提高推进剂燃速，还可以降低压カ指数；第三，选取纳米金属/非金属氧化物与纳米铝粉复合处理，在保护纳米铝粉活性的同时，可充分利用两种材料功能性的协同效应，使纳米粒子优异功能特性得到更大程度的提高，充分发挥其作为固体推进剂燃烧催化剂的作用。目前MIC的制备方法主要有机械物理复合法(Sanders V E, Asay B ff,Foley T J,et al. Journal of Propulsion and Power. (2007) 707-714),该法简便但其很难使超细粉体紧密地混合，且制备的样品存在晶粒尺寸不均匀以及分布不均匀，易引入某些杂质而使颗粒表面和界面之间受到污染，纯度不高等缺点；溶胶-凝胶化学法(Tillotson T M，GashA E, Simpson R L, et al. Journal of Non-Crystalline Solids. (2001) 338-345),由该法制备样品的纯度和均匀分散性较好，但最终复合物的多孔性使其在某些应用中是不可取的，即受可凝胶型材料使用的限制，同时由于在搅拌的溶液中需要以ー个非常确切的凝胶生成时期来引入纳米铝粉而使其较难提高生产率，此外，该法制备エ艺繁琐、制备周期长，采用超临界干燥时需要高压设备，成本较高；反应抑制研磨技术(Dreizin E L, SchoenitzM. US Patent Application 20060053970. 2006)，该エ艺灵活且通用性强，其最大的局限是机械触发的自我維持反应之前，选择中断研磨过程的时间点不好控制，产物分散的均匀性不好，且采用该法制备时球磨机运行的安全性有待考究。综上所述，开发新的低成本、高安全性及合成简便的超级铝热剂作为固体推进剂中应用的新型含能燃烧催化剂具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种安全性能高、产物分散均匀、制备周期短以及生产成本低的可用作双基系推进剂的含能燃烧催化剂——超级铝热剂Al/PbO纳米复合含能材料，克 服
技术介绍
的不足。本专利技术的另ー个目的在于提供上述超级铝热剂Al/PbO纳米复合含能材料的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的一种超级铝热剂Al/PbO纳米复合含能材料，其纳米级铝粉与PbO摩尔比为(I : 3) (I : 1)，所述铝粉粒径为20 100nm，得到的纳米复合含能材料的粒径为50nm 150nmo 上述超级铝热剂Al/PbO纳米复合含能材料的制备方法，包括如下步骤(I)将有机或无机铅盐，有机或无机碱分别溶解于醇溶液中；(2)完全溶解后，将二者醇溶液混合，生成乳白色溶胶；(3)加入纳米铝粉，充分搅拌，过滤，洗涤，干燥即可。所述的有机或无机铅盐为醋酸铅、硝酸铅或柠檬酸铅，有机或无机铅盐使用前预先烘干进行预处理，去除其所含结晶水。所述的有机或无机碱为NaOH、K0H、LiOH,こ醇钠、こ醇钾、三こ胺或こニ胺。所述的醇溶液为こニ醇、丙三醇、甲醇、こ醇或丙醇，最优选的醇溶液为こニ醇。本专利技术的优点与积极效果(I)以有机或无机铅盐、无机或有机碱为原料，价格低廉且容易获得；(2)エ艺简单，操作方便，易于控制，安全性能高；(3)反应在超声条件下液相混合，纳米铝粉和Pb(OH)2溶胶分散的较好，使最終得到的产物分散均匀；(4)制备周期短；(5)降低能耗、生产成本低。本专利技术纳米复合含能材料Al/PbO作为燃烧催化剂对双基系固体推进剂的燃烧具有优良的催化效果，能显著提高推进剂燃速和降低压カ指数。附图说明图I是本专利技术实施例I和2制备得到的产物的SEM照片；图2是本专利技术实施例I制备得到的产物的XRD谱图； 图3是本专利技术实施例2制备得到的产物的XRD谱图；图4是在双基推进剂中添加本专利技术超级铝热剂后的燃速曲线。具体实施方式选用有机或无机铅盐,有机或无机碱为原料，将预处理过的有机或无机铅盐，有机或无机碱分别在超声条件下磁力(机械)搅拌溶解于こニ醇溶液中，待完全溶解后将二者混溶，即刻生成乳白色Pb(OH)2溶胶，随后加入纳米铝粉，恒温水浴条件下使用磁子搅拌器搅拌数小时(2_6h)，反应溶液分离后，用去离子水和无水こ醇洗涤沉淀数次，再于真空干燥烘箱中经烘干处理数小时后，制得产品。具体制备方法包括如下步骤(I)选用有机或无机铅盐，有机或无机碱为原料；所述的铅盐优选醋酸铅；所述的碱优选为氢氧化钠或氢氧化钾。(2)将预处理过的有机铅盐(干燥除水)和无机碱分别在超声条件下磁力(机械)搅拌溶解于こニ醇溶液中，待完全溶解后将二者混溶，即刻生成乳白色Pb (OH)2胶，片刻之后加入纳米招粉。预处理过的铅盐浓度为0.08 0. 8mol/L，每升铅盐溶液中加入碱0. 08 I.2mol，其中碱浓度为0. 08 0. 8mol/L。(3)恒温水浴条件下使用磁子搅拌器搅拌数小时(2_6h)，反应溶液分离后，用去离子水和无水こ醇洗涤沉淀数次；(4)再于真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级铝热剂Ａｌ／ＰｂＯ纳米复合含能材料，其特征在于：　　纳米级铝粉与ＰｂＯ摩尔比为：（１∶３）～（１∶１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凤起，安亭，裴庆，高红旭，郝海霞，肖立柏，仪建华，徐司雨，邢晓玲，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]