[發明專利]一種高含能非晶合金材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201911282197.1
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112981278A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 余幫生;孫永昊;白海洋;汪衛華
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C45/10;C22C45/08;B22D11/06
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮;姚望舒

本發明提供了種高含能非晶合金材料，所述高含能非晶合金材料中含有以下一種或多種元素：Mg，Al，La，Ce，Zr；且所述高含能非晶合金材料的熱值為0.7～30kJ/g，優選為10?25kJ/g。本發明的非晶合金高含能材料，既具備了較低的燃點，又保留了較高的燃燒熱值，比晶態合金納米粉末更安全、成本更低、產量更大。該非晶合金高含能材料可以在炸藥、引線、煙花、固體推進劑等領域有所應用。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種高含能非晶合金材料、其制備方法及應用。

背景技術

含能材料是指一種擁有較高能量的亞穩態材料，當受到一定外界的刺激時，會釋放出大量的熱量。具體來說，含能材料是一類具有爆炸性基團或含有氧化劑和可燃物、能獨立進行化學反應并輸出能量的化合物或混合物，是軍用炸藥、發射藥和火箭推進劑配方的重要組成部分。目前，非金屬含能材料因燃點較低被廣泛用于炸藥或燃料，但其燃燒熱值僅在3000-6000J/g以內。晶態金屬含能材料可以具有7000-30000J/g的高燃燒熱值，現已少量研發或應用于火箭固體推進劑、潛艇水下推動劑和煙火展示。然而，晶態金屬的高點火溫度，阻礙了這類含能材料的后續應用。以鋁為例，盡管鋁的熱值可達30000J/g，其實際點火溫度高于2000度，因此使晶態純鋁含能材料難以點燃和應用。

為保持金屬高燃燒熱值并顯著降低點火溫度，現有的策略是粉末化并充分縮小粉末尺寸，具體途徑有化學合成、機械合金化、熱氫處理、催化劑等。研究發現，金屬鋁和金屬鎂經過粉末化加工為納米顆粒后，它們的點火溫度會顯著降低，燃燒效率會提高。當納米顆粒的直徑低于十納米以后，許多金屬粉末都呈現出類液體的特征。但是，粉末化方法存在成本高，產量小，穩定性差，安全性低，在金屬粉末的生產、存儲和運輸過程中都具有很高的危險性，不利于實際應用，因此，需要開發其他手段來利用金屬作為含能材料。

合金非晶化可以提供另一種途徑來制備金屬高含能材料。通過非晶化合金材料，可以將合金的液體結構凍結在固體中，將大量的液體能量儲存在固體中，將氫氣或氧氣等小分子尺寸的氣體儲存在固體中，從而提高能量、增加化學活性、降低材料燃點、使燃燒反應更充分、從而提高材料的燃燒熱值。同時，作為一種典型的亞穩態材料，非晶合金可以在室溫下穩定保持高能量達百年之久，避免了合金顆粒因為失穩所致的爆炸危險。現有研究表明，通過急冷甩帶法制備出的非晶合金條帶更容易被氧化。通過測試一系列合金樣品的易氧化性，發現非晶合金準晶合金晶態合金。這說明非晶態是合金中最適合用于燃燒的材料狀態。此外，非晶合金條帶、細絲、粉末的制備工藝成熟、成本低且產量大，具有很好的力學性能，因此適合用作新型的高含能材料。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種高含能非晶合金材料、其制備方法及應用。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種高含能非晶合金材料，所述高含能非晶合金材料中含有以下一種或多種元素：Mg，Al，La，Ce，Zr；且所述高含能非晶合金材料的熱值為0.7～30kJ/g，優選為10-25kJ/g。

根據本發明第一方面的非晶合金材料，其中，所述材料中非晶相體積分數不低于80％。

根據本發明第一方面的非晶合金材料，其中，當所述材料中含有Mg和/或Al時，所述非晶合金材料由通式I表示：

Mg_uAl_vCu_wGd_xY_yH_zO_q (I)，

其中，u、v、w、x、y、z、q為原子百分數，且0u70，0v90，0w30，5x15，0y30，0z0.05，0q0.05。

根據本發明第一方面的非晶合金材料，其中，當所述材料中含有La和/或Ce時，所述非晶合金材料由通式II表示：