【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土合金粉体燃料，具体涉及一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料及其应用。
技术介绍
1、火箭推进剂是远航航空、航天技术中的关键因素，直接影响火箭的推力、速度以及整体性能。随着科技的进步和对太空探索的不断深入，人们对于火箭发动机性能的要求不断提高，传统化学能源火箭推进剂无法满足需求，金属基推进剂便成为新型燃料选择。铝作为一种高能量低污染的金属燃料，因其独特的物理和化学性质，很快在火箭推进剂中得到了广泛的应用。铝的燃烧产物为氧化铝，其生成热高，固体推进剂中加入铝可以显著提高比冲和爆热，在一定程度上提高燃烧效率，燃烧产物基本不产生有害物质，可以满足环保的要求。
2、但是燃料中的纯铝粉颗粒存在重大的缺陷，其外层致密的氧化壳会阻碍内部铝芯与氧气的接触，这导致铝颗粒无法进行深度的氧化，从而浪费大部分的燃料并使推进能力打折扣。减小粉末粒径可以提高铝粉的反应活性，于是人们尝试将粉末减小到微米和纳米尺度进行研究。纳米铝粉在实际应用中使用较少，因为其内部含有的活性成分明显少于微米粉，并且在含能体系的混合过程中非常容易失活，粒径的减小会使比表面积增大，而铝颗粒表面氧化铝膜的厚度则不产生变化，这意味着小颗粒中氧化铝的含量就会更多。制备含有纳米粉末的推进剂时也存在很多问题，其中包含粉体粘度高、静电放电、撞击风险和制造工艺难、成本高等问题。微米级铝粉虽然制备相对简单，但是其反应敏感性和燃烧性能较低，相较于纳米粉需要在更高的温度下才能有氧化现象。微米铝粉由于相对较大的颗粒，氧气的供应以及粉体的活性不足，在氧化环境中
3、由此，我们提出探索一种既能够快速高效的反应，又能使氧气深度扩散从而充分氧化的粉体燃料。在铝基体中通过加入稀土元素制成合金粉体，在晶界处形成能够扩散氧的通道结构使得改善粉末颗粒内部的氧化机理，设计一种能够在晶界成为氧扩散通道的合金铝粉末，从而满足新型火箭推进剂领域的高要求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料及其应用，该al-re稀土合金粉体燃料彻底改善粉体内部氧化燃烧的微观组织结构，以克服现有合金粉体燃料的不足。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料，所al-re稀土合金粉体燃料的制备方法为：
3、向纯al熔体中加入稀土中间合金al-re，形成al-re稀土合金熔体，电磁搅拌后，经惰性气体雾化系统超音速雾化后，进行非平衡冷却，分级处理，形成能够氧原子扩散的凝固组织结构，即在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料；re，rare earths稀土，可为稀土元素中的一种。
4、优选地，所述al-re稀土合金熔体中稀土元素的质量分数为1％～3％。
5、优选地，所述在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料的粒径≤100μm的球状结构。
6、优选地，所示al-re稀土合金粉体燃料由晶界把微米级粉末分隔成多个纳米级颗粒。
7、优选地，所述al-re稀土合金粉体燃料非平衡冷却后内部组织中存在游离态的re，析出稀土金属间化合物alxrey的同时形成晶界；所述x、为al的原子数，所述y为re的原子数。
8、优选地，所述稀土中间合金al-re为al-50ce。
9、优选地，所述al-ce稀土合金粉体燃料具有游离态的ce，且在晶界处析出的稀土金属间化合物al11ce3。
10、本专利技术还提供了上述的在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料的应用，所述在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料用于固体火箭发动机推进剂；
11、所述在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料在氧化介质中燃烧，所述al-re稀土合金粉体燃料表面催化燃烧的同时晶界也开始催化燃烧，连续的从表面向内扩散催化燃烧，燃烧后产物包括金属氧化物alxreyoz；所述x、为al的原子数，所述y为re的原子数；所述z为o的原子数。
12、优选地，所述金属氧化物alxreyoz为疏松结构，氧化介质在所述疏松结构里连续扩散后，继续氧化所述al-re稀土合金粉体燃料内部的未反应核和内部纳米级颗粒，实现彻底燃烧。
13、优选地，所述al-re稀土合金粉体燃料为al-ce稀土合金粉体燃料时，所述al-ce稀土合金粉体燃料氧化的同时晶界也开始氧化，使氧气从粉末表面向内部扩散而氧化，氧化形成的产物为al2o3、ceal11o18和ceo2。
14、本专利技术制备的合金粉体彻底改善粉体内部氧化的微观组织结构，以克服现有合金粉体燃料的不足。
15、本专利技术的al-ce稀土合金粉体燃料内形成网状的晶界，晶界上析出了稀土金属间化合物al11ce3，由于非平衡超音速雾化冷却也形成了游离态的ce，游离态的ce成为微小晶粒氧化燃烧的一个活性点。
16、al-ce稀土合金粉体燃料粉末粒径为微米级，视为储藏了好多纳米粉末的微米级大颗粒粉末。由于每一个微米级颗粒内部有了这种晶界从而形成好多个晶粒，也视为每一个晶粒被晶界包裹的纳米级颗粒，从而储藏了好多纳米级颗粒的一颗粉末，是由晶界把微米级粉末分隔成了好多个纳米级颗粒。
17、本专利技术中稀土中间合金还可以为al-ce、al-la、al-pr、al-nd、al-pm、al-sm、al-eu、al-gd、al-tb、al-dy、al-ho、al-er、al-tm、al-yb、al-lu、al-sc、al-y中的任意一种。
18、在纯铝熔体中加入中间合金，进行合金化形成稀土合金粉体燃料材料。
19、本专利技术的稀土合金al-re粉体材料的粒径为微米级，稀土金属间化合物所形成的晶界把微米级颗粒分成很多个纳米级晶粒，把纳米级晶粒看成一颗超洁净而且未氧化的纳米级颗粒；这种结构使得每颗微米级粉末内储存了多个纳米级颗粒；因此具备了微米级和超洁净纳米级金属燃料的优点。
20、本专利技术中al-ce稀土合金粉末在氧化环境中活性点游离态的ce存在而从粉末表面向内部迅速氧化的同时晶界也开始氧化燃烧，使氧气从粉末表面向内部扩散而迅速氧化燃烧，氧化燃烧形成的产物为al2o3、ceal11o18和ceo2。
21、al-ce稀土合金粉末在氧化环境氧化燃烧，氧化物中扩散氧的能力从强到弱的排序为ceo2＞ceal11o18；在ceo2晶体中，每个ce4+离子位于由8个o2-离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所Al-RE稀土合金粉体燃料的制备方法为：
2.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述Al-RE稀土合金熔体中稀土元素的质量分数为1％～3％。
3.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料为粒径≤100μm的球状结构。
4.根据权利要求3所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述Al-RE稀土合金粉体燃料由晶界把微米级粉末分隔成多个纳米级颗粒，即所述Al-RE稀土合金粉体燃料为储藏纳米颗粒的大颗粒粉末。
5.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体稀土合金粉体燃料燃料，其特征在于，所述Al-RE稀土合金粉体稀土合金粉体燃料在非平衡冷却后形成有游离态的RE，同时稀土金属间化合物AlxREy析出形成晶界；所述x、为Al的原子数，所述y为RE的原子数
6.根据权利要求2所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述实施方案中的稀土中间合金Al-RE具体为Al-50Ce。
7.根据权利要求5所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述Al-Ce稀土合金粉体燃料具有游离态的Ce，且在晶界处析出的稀土金属间化合物Al11Ce3。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料的应用，其特征在于，所述在晶界处形成氧扩散通道的Al-RE稀土合金粉体燃料用于固体火箭发动机推进剂；
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述金属氧化物AlxREyOz为疏松结构，氧化介质在所述疏松结构里连续扩散后，继续氧化所述Al-RE稀土合金粉体燃料内部的未反应核和内部纳米级颗粒，实现彻底燃烧。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述Al-RE稀土合金粉体燃料为Al-Ce稀土合金粉体燃料时，所述Al-Ce稀土合金粉体燃料氧化的同时晶界也开始氧化，使氧原子从粉末表面向内部连续扩散而氧化，氧化形成的产物为Al2O3、CeAl11O18和CeO2。
...【技术特征摘要】
1.一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料，其特征在于，所al-re稀土合金粉体燃料的制备方法为：
2.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述al-re稀土合金熔体中稀土元素的质量分数为1％～3％。
3.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料为粒径≤100μm的球状结构。
4.根据权利要求3所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体燃料，其特征在于，所述al-re稀土合金粉体燃料由晶界把微米级粉末分隔成多个纳米级颗粒，即所述al-re稀土合金粉体燃料为储藏纳米颗粒的大颗粒粉末。
5.根据权利要求1所述的一种在晶界处形成氧扩散通道的al-re稀土合金粉体稀土合金粉体燃料燃料，其特征在于，所述al-re稀土合金粉体稀土合金粉体燃料在非平衡冷却后形成有游离态的re，同时稀土金属间化合物alxrey析出形成晶界；所述x、为al的原子数，所述y为re的原子数。
6.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：峰山，刘瑞丰，乌力吉贺希格，新巴雅尔，宝音贺西，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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