[發明專利]納米氧化鐵包覆的改性硼燃料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310273580.7
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103333035A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 魏永奇;簡朝森;陳昕;韓愛軍;葉明泉;劉廳;潘功配
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C06B27/00
• 分類號: C06B27/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰;朱顯國

技術領域

本發明屬于用于火炸藥的高能燃料技術領域，特別是一種放熱量大，燃燒效率高，添加在硼系點火藥及硼系延期藥配方中燃燒狀態穩定的納米氧化鐵包覆的改性硼燃料及其制備方法。

背景技術

在各種可用于火炸藥領域的燃料中，硼具有質量熱值高、體積熱值高、原料無毒、燃燒產物無毒、資源豐富等諸多優點，已成為當前火炸藥領域的研究熱點。隨著技術的發展，硼在火炸藥領域得到了大量應用，相繼發展了硼系點火藥及硼系延期藥。硼系點火藥作為高能點火藥，具有較大的燃燒熱和較強的點火能力，一直是火工藥劑研究的熱點；硼系延期藥則具有延期時間精度高、延期時間短、燃燒溫度高、點火能量足的優點。

表1列出了5種熱值較高燃料鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、鎂(Mg)、鋁(A1)的各項物理化學性質，由表1中各項性能數據對比可以看出，硼是一種最有應用潛力的高能燃料。

表1??五種熱值較高的燃料的理化性質

硼的理論熱值雖然很高，但其熱值的實際發揮卻很困難。原因在于：

1、單質硼的熔點和沸點較高，難于熔化和氣化，B₂O₃的沸點也較高（熔點為460℃，沸點為1860℃），因此要達到很高溫度才能使硼粒子點火燃燒，而且燃燒過程要經歷B₂O₃氧化層的蒸發，這使硼粒子持續燃燒更為困難；

2、硼的燃燒效率低、耗氧量大、產生殘渣多，無法發揮其高能量熱值；

3、硼的表面存在B₂O₃、H₃BO₃等雜質，使得硼與火炸藥體系不兼容。

因此，現有技術存在的問題是：如何改善硼燃料的點火性能、燃燒性能和表面特性，從而使含硼火炸藥得到更為廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米氧化鐵包覆的改性硼燃料，該燃料點火溫度低、放熱量大、燃燒效率高，添加在火炸藥配方中燃燒狀態穩定。

本發明的另一個目的在于提供三種納米氧化鐵包覆的改性硼燃料的制備方法。

本發明的技術要點有兩處：第一個技術要點為基體硼與表面氧化鐵的化學計量配比與燃燒歷程中的各化學反應，第二個技術要點為制備這種納米復合粉體燃料的方法與工藝。

Fe₂O₃是一種用途非常廣泛的功能材料，也是一種重要的燃速催化劑。將納米氧化鐵包覆于硼粉表面，對硼粉進行改性，即可實現高熱劑的優良特性，又可發揮納米氧化鐵的催化性能。

將納米氧化鐵包覆于硼粉表面所制備的改性硼燃料的燃燒涉及三種化學反應方程式：

2B+Fe₂O₃→2Fe+B₂O₃?????????????（式1）

4B+3O₂→2B₂O₃????????????????（式2）

3Fe+2O₂→Fe₃O₄????????????????（式3）

式1的燃燒放熱量為2.427kJ·g^-1，式2的燃燒放熱量為57.455kJ·g^-1，式3的燃燒放熱量3.99kJ·g^-1。為了提高改性硼燃料的燃燒放熱量，需提高硼粉含量，但也不能無限增加，因為硼粉自身條件的限制，其燃燒效率低，不容易點火等特性。

實現本發明目的的技術方案為：一種納米氧化鐵包覆的改性硼燃料，其組分及質量百分含量為：超細硼粉30～60，納米氧化鐵?70～40。

優選地，所述納米氧化鐵的質量百分含量為60～45，最好為50。

優選地，所述超細硼粉的粒徑為4.9～5.3μm，最好為5.07μm。

實現本發明另一目的的制備納米氧化鐵包覆的改性硼燃料的方法，可采用沉淀法、溶膠-凝膠法、固相合成法等三種納米粉體制備方法中的任意一種。

采用沉淀法制備時，包括如下步驟：

61）原料計量：以沉淀法制備納米氧化鐵包覆的硼復合粒子，整個反應歷程需要經過如下2步化學反應：

第一步反應：Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃↓

第二步反應：