[发明专利]一种高热值硼基复合粉及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高热值硼基复合粉及其制备方法，通过对无定形硼粉、微米铝粉和新型氧化剂(PTFE、Fe₂O₃、CuO、MoO₃等)进行无水乙醇环境下的多步球磨复合，实现去除硼粉表面酸性杂质和球磨活化、复合的目的，改善硼粉的点火和燃烧性能，获得高热值硼基三元金属燃料。本发明提供的硼基复合粉组分简单，燃烧热值高，制备工艺稳定可靠，设备投入低，可实现大规模批量生产。

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种用于富燃料推进剂和混合炸药领域的高能金属燃料，特别涉及高热值硼基复合粉及其制备方法。

背景技术

硼的质量燃烧热(58.3kJ/g)和体积燃烧热(136.4kJ/cm³)分别是铝的1.9倍和1.6倍，理论上硼粉相对于目前广泛使用的铝粉能够进一步提高推进剂和炸药的能量水平。但是，由于自身熔、沸点高，耗氧量大，表面存在初始氧化层等因素，硼的点火十分困难；此外，硼的完全氧化物B₂O₃熔点低而沸点高，在燃烧过程中会以液膜形式包裹在硼颗粒表面，阻碍内部硼与氧气接触进一步氧化，致使硼燃尽困难，燃烧效率低。高热值特性难以充分发挥严重阻碍了含硼富燃料推进剂和含硼混合炸药的应用，如何促进硼的点火和燃烧，改善其在推进剂燃烧和炸药爆轰过程中的能量释放特性，成为推动硼作为高能燃料在相关领域成功应用的关键。

相关研究表明，在硼粉中添加易燃金属粉或新型氧化剂，利用金属粉先行氧化燃烧产生高温环境、形成固/气态的硼燃烧产物等机理，可促进硼颗粒表面B₂O₃液态膜的脱离和消耗，改善硼粉的点火和燃烧性能。专利CN111892966A公布了一种含硼推进剂的高能金属燃料，具体是将一定比例的硼粉和铝粉放入含有玛瑙球的球磨罐中，在400～600℃的氢气环境下进行球磨，所得B/Al复合粉可弥补传统铝粉燃烧热不足，释能效率低的问题。徐敏潇等进行了硼含量对燃料空气炸药爆炸性能影响的试验研究，发现将适当配比的硼粉和铝粉的混合物作为高能金属燃料混合添加到燃料空气炸药中，可以提高炸药的整体能量水平(兵工学报，2017，38：886-891)。专利CN111423289A公布了一种用作可燃剂或助燃剂的硼基复合材料，具体是将乙醇洗涤处理后的硼粉与纳米铝粉、聚四氟乙烯粉在研磨机中进行研磨，所得B/Al/PTFE复合粉可降低硼的反应阈值，提高能量利用率，同时解决硼粉的酸性，改善其与HTPB的工艺问题。上述方法虽可在一定程度上促进硼粉点火和燃烧、提高其能量释放效率，但所得含硼复合燃料多为硼粉与易燃金属粉、新型氧化剂的机械混合物或单步球磨复合物，且部分制备方法存在操作条件严苛(400～600℃，H₂)、原料昂贵(纳米Al粉)和易氧化等问题，难以实现高热值硼基金属燃料的低成本、规模化制备。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种高热值硼基复合粉及其制备方法，通过对无定形硼粉、微米铝粉和新型氧化剂(PTFE、Fe₂O₃、CuO、MoO₃等)进行无水乙醇环境下的多步球磨复合，实现去除硼粉表面酸性杂质和球磨活化、复合的目的，改善硼粉的点火和燃烧性能，获得高热值硼基三元金属燃料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高热值硼基复合粉，所述高热值硼基复合粉为无定形硼粉、微米铝粉和氧化剂在无水乙醇环境下的经过多步球磨复合，所获得燃烧热值＞32kJ/g的硼基三元金属燃料。

进一步的，多步球磨复合是无定形硼粉、微米铝粉在无水乙醇环境下分别和氧化剂进行球磨复合，获得的两种二元复合物继续在无水乙醇环境下进行球磨复合。

进一步的，无定形硼粉尺寸范围为0.8～5.0μm，微米铝粉尺寸范围为1～50μm。

进一步的，氧化剂为PTFE、Fe₂O₃、CuO或MoO₃。

一种高热值硼基复合粉的制备方法，包括以下步骤：