[发明专利]核壳结构铝热剂及其制备方法

说明书

核壳结构铝热剂及其制备方法，该方法包括：将聚4‑乙烯基吡啶(P4VP)溶于异丙醇中形成混合液，然后将纳米硅粉置于混合液中并超声处理，之后离心分离，随后使用异丙醇洗涤去除未发生包覆的P4VP，干燥后得到包覆有P4VP的硅粉；将上述所得硅粉置于异丙醇中，加入化学计量比的金属氧化物微粉，超声处理形成浆料；以及将所得浆料真空干燥后研磨粉碎，得到以纳米硅粉为核，金属氧化物为壳层的Si@MOx纳米级核壳结构铝热剂。本发明的核壳结构不仅缩短了硅粉与金属氧化物之间的传质距离，降低了反应的活化能，且提高了复合铝热剂对外做功的能力。本发明提供的制备方法简单易行，制备的核壳结构铝热剂具有燃烧性能好、放热量高、壳层厚度精确可调等性能特点。

技术领域

本发明属于纳米含能复合材料制备技术领域，具体涉及一种核壳结构铝热剂及其制备方法。

背景技术

铝热剂是一种由燃剂(Al、Mg、B、Si等)和氧化剂(Fe₂O₃、Fe₃O₄、CuO、NiO、MoO₃、Bi₂O₃等)组成的复合材料，反应时放出大量的热，以及3000K以上的高温，铝热剂这种高能量密度、高放热效率的特点使其在武器弹药、航空航天、机械工业等领域得到了广泛的应用。而铝热剂的放热性能受到组分间传质距离的影响，使得现有铝热剂存在点火温度高，燃烧速率低，放热性能差的缺陷，限制了铝热剂的应用。因此，改善铝热剂中燃剂与氧化剂之间接触方式，缩短两者之间的传质距离，可以提高铝热剂的放热性能。目前，制备铝热剂的方法主要有物理混合法、喷雾热解法、溶胶凝胶法、抑制球磨法等，通过这些方法制备的铝热剂的均一性和放热性能较差。此外，虽然磁控溅射法和原子层沉积法等可以制备较低点火温度和较高放热性能的铝热剂，但由于设备昂贵、工艺复杂等因素不利于铝热剂的大规模工业化生产。

专利CN105624647A公开了一种纳米级核壳结构超级铝热剂的制备方法：(1)首先将纳米铝粉置于气相原子层沉积系统反应腔内，密闭反应腔后，向该系统内通入惰性载气并抽真空，控制腔内压力133-1000Pa，温度80℃-400℃。(2)然后向反应腔内注入第一种反应前驱体，使之与铝粉发生饱和反应；(3)向反应腔内通入惰性载气，清洗未反应的第一种反应前驱体和副产物；(4)向反应腔内注入第二种反应前驱体，使之与吸附在铝粉表面的第一种反应前驱体发生饱和反应；(5)向反应腔内通入惰性载气，清洗未反应的第二种反应前驱体和副产物；(6)重复执行上述步骤，在铝粉颗粒表面进行原子层沉积，使得包覆壳层的质量与铝核的质量比为复合铝热反应的最佳化学计量比。通过该方法制备的铝热剂具备壳层厚度可控，氧化剂与铝粉充分接触，燃烧速率快，但该方法存在工艺设备复杂，生产周期长，批产量较低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳结构铝热剂及其制备方法，其能够解决上述现有技术中的某个或某些缺陷。

根据本发明的核壳结构铝热剂的制备方法包括：

将聚4-乙烯基吡啶(P4VP)溶于异丙醇中形成混合液，然后将纳米硅粉置于混合液中并超声处理，之后离心分离，随后使用异丙醇洗涤去除未发生包覆的(剩余)P4VP，干燥后得到包覆有P4VP的硅粉；

将上述所得硅粉置于异丙醇中，加入化学计量比的金属(M)氧化物微粉，超声处理形成浆料，其中金属(M)代表Fe、Co、Ni、Cu、Mo中的一种；以及

将所得浆料真空干燥后研磨粉碎，得到以硅为核，金属氧化物为壳层的Si@MOx纳米级核壳结构铝热剂。

根据本发明的制备方法，M优选是Cu或Fe。

根据本发明的制备方法，优选将0.02-0.1g聚4-乙烯基吡啶(P4VP)溶于50-150ml异丙醇中形成混合液，再将0.02-1g的纳米硅粉置于混合液中。