[發明專利]一種化學氣相沉積包覆微納米金屬粉的方法

有效

• 申請號: 201210058533.6
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102581274A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王軍;楊光成;譙志強;黃輝
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C23C16/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉興亮

技術領域

本發明的實施例涉及一種金屬粉表面覆膜的方法，具體涉及一種化學氣相沉積包覆微納米金屬粉的方法，屬于含能材料的制備技術領域。

背景技術

微納米金屬粉，特別是鋁粉、硼粉、鎳粉等作為高能添加劑在含能材料中有著廣泛應用。然而微納米金屬粉由于其活潑化學性質、較大的比表面積和表面能，在使用存放過程中極易氧化團聚。通常情況下，在其表面都會形成一層致密氧化層包覆膜。由于氧化層的惰性，在金屬粉點火及燃燒過程中首先需要在高溫下使其表面的氧化層蒸發熔化掉，例如，鋁粉表面形成的氧化鋁，需要在2000℃以上高溫才能使其熔解。同時，在整個燃燒過程中要維持這一高溫，否則在燃燒反應過程中新生成的氧化層會使燃燒反應中止。含有大量氧化物的金屬粉添加到含能材料中，對其能量和燃燒性能的提高也十分不利。因為金屬氧化物不但在含能材料燃燒時不會做功或釋放能量，而且作為惰性成分占有一定的質量，從而直接影響含能材料總體性能(如能量密度、火箭的航程等)，同時，由于火炸藥在燃燒過程中整個體系溫度會急劇、快速地上升，這些惰性物質也會隨著體系溫度的升高而吸收一定的熱量。

目前，為了防止金屬粉的氧化，降低其點火溫度、提高燃燒效率，通常使用兩種方法：(1)使用粒徑小的金屬粉，如超細納米金屬粉；(2)對金屬粉表面進行包覆改性。通過使用粒度較小的金屬粉可以明顯縮短金屬粉的點火延遲時間和降低點火溫度，但納米金屬粉表面較厚的氧化層顯著降低能量密度，另外在燃燒過程中納米金屬粉顆粒還會產生很嚴重的團聚現象。

將微納米金屬粉用無機、有機聚合物進行表面包覆，是目前解決上述問題的主要方法，也是含能材料領域研究的一個熱點。張教強研究了在硼粉表面包覆氟化鋰，實驗發現，經包覆后其點火延遲時間明顯縮短和燃燒效率明顯提高，但有1/3的硼粉沒有完全燃燒，龐維強用HTPB對硼粉進行了改性包覆，在硼粉表面形成了HTPB包覆層薄膜。李紅霞用硬脂酸對微納米金屬鎳表面進行有機改性，結果表明：包覆樣品的疏水性和耐酸性明顯優于未包覆的鎳粉，適量的硬脂酸包覆超微鎳粉后可以大大提高鎳粉的分散性。同時，還用液相法對超微金屬鎳表面進行無機改性，結果表明：SiO2以不定型態包覆在超微鎳粉的表面，二氧化硅包覆改善了鎳粉的分散性和疏水性，并提高了鎳粉的耐酸性和抗氧化性。常仕英用銀對鎳粉表面進行了包覆處理，并測試了復合粒子的組分。楊毅等以硝酸鎳為原料，制備了氧化亞鎳包覆鋁復合粒子，即在鋁粉表面進行了無機包覆；Fred等人采用棕擱酸對納米Al粉進行包覆，通過老化實驗表明，表面包覆處理對Al粉的抗氧化能力有較大的提高。Guo?Lian?gui用高分子粘合劑HTPB對鋁粉進行了表面包覆，可增加其在空氣中穩定性。Young-Soon?Kwon用羧酸(C17H33COOH)等有機酸對納米鋁粉進行了包覆處理。William?K.L等人用多種光譜法對鋁粉表面和有機酸的結合機理進行了研究。Christopher?A.C通過分子自組裝的方法用三種不同有機酸對鋁粉表面進行了改性包覆，能有效提高鋁粉在水中的化學穩定性。專利US2006/0101713用氟化金屬鹽對微米鋁粉的包覆改性，比如包覆K3AlF6，這層氟化物相對于鋁粉表面本身的氧化膜而言，會在相對比較低的溫度下蒸發，從而能降低其點火溫度和提高燃燒效率。

上述方法對微納米金屬粉進行包覆改性后在一定程度上能解決團聚和氧化問題，但存在的缺點就是上述包覆物質為非含能材料，對材料的能量沒有貢獻，部分包覆層在低溫下難以發生熔化分解，添加到含能材料中，對降低含能材料的點火溫度、提高燃燒性能及能量釋放速率極為不利。因此尋找在低溫下能分解燃燒，對金屬粉含能化包覆的技術，是金屬粉實際應用的一個關鍵技術。R.J.Jouet采用C13F27COOH包覆納米鋁粉，雖然對鋁粉進行了含能化包覆，但該工藝在溶液中進行，操作工藝復雜，產生廢液，工業化生產難度較大。化學氣相沉積法則是利用氣態物質在納米顆粒表面反應生成固態沉積物而達到納米顆粒的包覆，它具有較為完善的沉積理論。并且可以在任何形狀的表面進行包覆，同時膜層的純度高，且厚度可以通過調節溫度、壓力、氣氛等參數較精確地調控。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種化學氣相沉積包覆微納米金屬粉的方法，所制備的聚四氟乙烯(PTFE)與金屬粉形成的復合粒子在含能材料方面具有很好的應用前景。該方法操作簡單，制備的復合粒子是一種新型亞穩態含能材料，自身能發生燃燒、爆炸反應釋放能量，同時金屬粉表面形成的聚四氟乙烯(PTFE)包覆膜具有高的疏水特性，能有效防止金屬粉吸潮氧化。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種化學氣相沉積包覆微納米金屬粉的方法，是