[发明专利]多孔空心结构铝热剂及其制备方法

说明书

多孔空心结构铝热剂及其制备方法，该方法包括：将葡萄糖水溶液的水热反应产物离心分离并干燥后得到碳球颗粒；将所得碳球颗粒、硝酸铜和氨水在水中超声分散后形成第一悬浮液；将所形成的第一悬浮液进行水浴老化反应；将老化反应产物离心分离并干燥后得到C/Cu前驱体；将所得C/Cu前驱体煅烧后得到空心CuO；再将所得空心CuO、纳米铝粉超声分散于异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液后形成第二悬浮液；将所形成的第二悬浮液进行电泳以在阴极沉积得到多孔空心结构的Al/CuO铝热剂。

技术领域

本发明涉及一种铝热剂及其制备方法。

背景技术

铝热剂(thermite)是一种由金属燃料(Al、Mg等)和金属氧化物(CuO、Fe₂O₃、NiO等)组成的复合物，在一定条件(光、热)下可发生剧烈反应，放出大量热量，被广泛应用于高温切割、铝热焊接以及含能添加剂。铝热剂的性能主要受燃料和氧化剂间传质距离的影响，目前，研究人员主要通过降低氧化物粒径来调控反应物组分间的传质距离。但当氧化物粒径降低到一定程度时，颗粒间会出现团聚现象，极大地影响铝热剂的性能。

空心材料在铝热剂中有着良好的应用前景，具有密度小、比表面积大等特点。采用空心氧化物与铝粉进行复合，可极大地增加组分间的接触面积，提高铝热剂的反应性能。目前，空心材料的合成主要为模板法，包括软模板法和硬模板法。其中硬模板法应用更为广泛，具有形貌可控，可以大批量生产，合成方法简单等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝热剂的制备方法，其能够解决上述现有技术中的某个或某些缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种铝热剂的制备方法，包括：

将葡萄糖配制成浓度为0.5～1.2mol/L的水溶液，转移至水热反应釜进行水热反应，水热反应温度为160～200℃，反应时间为6～10h；

将水热反应产物离心分离并干燥后得到碳球颗粒；

将所得碳球颗粒、硝酸铜和氨水在水中超声分散后形成第一悬浮液，其中碳球颗粒的质量浓度为0.08～0.15g/mL，硝酸铜的浓度为0.05～0.15mol/L，硝酸铜和氨水的摩尔比为(2～6):1；

将所形成的第一悬浮液进行水浴老化反应，其中水浴温度为45～55℃，老化时间为6～12h；

将老化反应产物离心分离并干燥后得到C/Cu前驱体；

将所得C/Cu前驱体煅烧后得到空心CuO，其中煅烧温度为450～600℃，煅烧时间为4～8h；

将所得空心CuO、纳米铝粉超声分散于异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液后形成第二悬浮液，其中纳米铝粉和CuO粉末的质量比为(0.15～0.55):1，二者总的颗粒浓度为0.8-1.2g/L，聚乙烯亚胺–乙醇溶液中聚乙烯亚胺的含量为悬浮液中总颗粒质量的8-12％，异丙醇和聚乙烯亚胺(PEI)–乙醇混合液的体积比为(90～110):1；以及

将所形成的第二悬浮液进行电泳以在阴极沉积得到多孔空心结构的Al/CuO，其中电泳沉积时间为5～15min，外加电压为90～110V。

电泳沉积时阴阳极间距优选为0.8～1.2cm左右。

煅烧时的升温速率优选小于2℃/min。

所得空心CuO的平均粒径优选为300～400nm。

根据本发明，也可以使用氯化铜或硫酸铜来替代硝酸铜。

根据本发明的第二方面，提供了一种铝热剂，其根据上述方法制备。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

(1)使用的碳球(颗粒)模板制备过程简单且颗粒尺寸可控；