[發明專利]核殼結構鋁熱劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201811380044.6
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109369312B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 黎學明;羅曉玉;王琪輝;馬侑才;倪子惠;邢波;王雅麗;牟奕軒;謝玉婷;李安琪;徐鵬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C06B33/00
• 分類號: C06B33/00
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 張群峰;錢揚保

核殼結構鋁熱劑及其制備方法，該方法包括：將聚4?乙烯基吡啶(P4VP)溶于異丙醇中形成混合液，然后將納米硅粉置于混合液中并超聲處理，之后離心分離，隨后使用異丙醇洗滌去除未發生包覆的P4VP，干燥后得到包覆有P4VP的硅粉；將上述所得硅粉置于異丙醇中，加入化學計量比的金屬氧化物微粉，超聲處理形成漿料；以及將所得漿料真空干燥后研磨粉碎，得到以納米硅粉為核，金屬氧化物為殼層的Si@MOx納米級核殼結構鋁熱劑。本發明的核殼結構不僅縮短了硅粉與金屬氧化物之間的傳質距離，降低了反應的活化能，且提高了復合鋁熱劑對外做功的能力。本發明提供的制備方法簡單易行，制備的核殼結構鋁熱劑具有燃燒性能好、放熱量高、殼層厚度精確可調等性能特點。

技術領域

本發明屬于納米含能復合材料制備技術領域，具體涉及一種核殼結構鋁熱劑及其制備方法。

背景技術

鋁熱劑是一種由燃劑(Al、Mg、B、Si等)和氧化劑(Fe₂O₃、Fe₃O₄、CuO、NiO、MoO₃、Bi₂O₃等)組成的復合材料，反應時放出大量的熱，以及3000K以上的高溫，鋁熱劑這種高能量密度、高放熱效率的特點使其在武器彈藥、航空航天、機械工業等領域得到了廣泛的應用。而鋁熱劑的放熱性能受到組分間傳質距離的影響，使得現有鋁熱劑存在點火溫度高，燃燒速率低，放熱性能差的缺陷，限制了鋁熱劑的應用。因此，改善鋁熱劑中燃劑與氧化劑之間接觸方式，縮短兩者之間的傳質距離，可以提高鋁熱劑的放熱性能。目前，制備鋁熱劑的方法主要有物理混合法、噴霧熱解法、溶膠凝膠法、抑制球磨法等，通過這些方法制備的鋁熱劑的均一性和放熱性能較差。此外，雖然磁控濺射法和原子層沉積法等可以制備較低點火溫度和較高放熱性能的鋁熱劑，但由于設備昂貴、工藝復雜等因素不利于鋁熱劑的大規模工業化生產。

專利CN105624647A公開了一種納米級核殼結構超級鋁熱劑的制備方法：(1)首先將納米鋁粉置于氣相原子層沉積系統反應腔內，密閉反應腔后，向該系統內通入惰性載氣并抽真空，控制腔內壓力133-1000Pa，溫度80℃-400℃。(2)然后向反應腔內注入第一種反應前驅體，使之與鋁粉發生飽和反應；(3)向反應腔內通入惰性載氣，清洗未反應的第一種反應前驅體和副產物；(4)向反應腔內注入第二種反應前驅體，使之與吸附在鋁粉表面的第一種反應前驅體發生飽和反應；(5)向反應腔內通入惰性載氣，清洗未反應的第二種反應前驅體和副產物；(6)重復執行上述步驟，在鋁粉顆粒表面進行原子層沉積，使得包覆殼層的質量與鋁核的質量比為復合鋁熱反應的最佳化學計量比。通過該方法制備的鋁熱劑具備殼層厚度可控，氧化劑與鋁粉充分接觸，燃燒速率快，但該方法存在工藝設備復雜，生產周期長，批產量較低的缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種核殼結構鋁熱劑及其制備方法，其能夠解決上述現有技術中的某個或某些缺陷。

根據本發明的核殼結構鋁熱劑的制備方法包括：

將聚4-乙烯基吡啶(P4VP)溶于異丙醇中形成混合液，然后將納米硅粉置于混合液中并超聲處理，之后離心分離，隨后使用異丙醇洗滌去除未發生包覆的(剩余)P4VP，干燥后得到包覆有P4VP的硅粉；

將上述所得硅粉置于異丙醇中，加入化學計量比的金屬(M)氧化物微粉，超聲處理形成漿料，其中金屬(M)代表Fe、Co、Ni、Cu、Mo中的一種；以及

將所得漿料真空干燥后研磨粉碎，得到以硅為核，金屬氧化物為殼層的Si@MOx納米級核殼結構鋁熱劑。

根據本發明的制備方法，M優選是Cu或Fe。

根據本發明的制備方法，優選將0.02-0.1g聚4-乙烯基吡啶(P4VP)溶于50-150ml異丙醇中形成混合液，再將0.02-1g的納米硅粉置于混合液中。