[发明专利]一种液相还原变频超声无定型硼纳米金属沉积改性方法

说明书

本发明公开了一种液相还原变频超声无定型硼纳米金属沉积改性方法，包括以下步骤：S1，无定型硼混合溶液的制备：取适量无定型硼粉置于去离子水容器中，将容器置于常压超声工作台，通过超声搅拌获得无定型硼混合液体；S2，复合变频超声的多功能纳米金属液相原位沉积：配置一定浓度的Fe或Ni金属盐水溶液，将一定质量的络合剂加入Fe或Ni金属盐水溶液中，同时配置一定浓度的还原剂，通过恒流泵将相应盐溶液及还原剂滴入置于超声工作台的无定型硼混合液体容器中。本发明的方法工艺简单可控、安全、成本低、适合工业化规模生产，通过本方法处理的以无定形硼粉为核心、纳米金属为包覆层的复合硼粉点火延迟时间短，可直接作为硼基含能材料用于结构含能器件中。

技术领域

本发明涉及硼粉改性技术领域，尤其涉及一种液相还原变频超声无定型硼纳米金属沉积改性方法。

背景技术

金属燃料作为添加剂是提高含能材料能量水平的重要手段。与常用金属燃料相比，硼具有较高的质量燃烧热(58.9kJ/g)和体积燃烧热(137.8kJ/cm3)，是铝质量燃烧热的1.9倍、体积燃烧热的1.6倍，作为金属燃料使用具有显著的能量优势，在固体火箭冲压发动机中得到广泛应用。

自然界中硼具有无定形硼和结晶硼两种形态，由于结晶硼粉点火温度高、释能速率低、燃烧效率低且成本高，硼基含能材料主要采用无定形硼粉。

无定形硼粉有极高的熔点(2177℃)和沸点(3658℃)，燃烧时耗氧量大，且表面存在初始氧化层，氧化产物B2O3熔点(475℃)低、沸点(2043℃)高，在燃烧过程中以熔融液膜形式包裹在硼颗粒表面，难以蒸发，阻碍外界氧的渗入，造成硼颗粒点火温度高、燃烧效率低，易团聚，无法有效释放燃烧热。

针对上述问题，目前多采用添加易燃金属粉或氟化物、AP(高氯酸铵)等包覆的办法以改善其点火燃烧性能。但由于无定型硼为非均匀层片珊瑚结构，所添加的固态易燃金属无法有效地与无定型硼异型结构充分密切结合，造成无定型硼与易燃金属两相组织分布严重不均，直接制约了硼的点火燃烧性能，而采用氟化物、AP(高氯酸铵)等包覆则严重影响改性硼粉的燃烧热，因此急需一种能够显著均匀改善无定型硼点火燃烧性能同时保持良好燃烧热的无定型硼改性技术方法。

发明内容

本发明提供了一种液相还原变频超声无定型硼纳米金属沉积改性方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种液相还原变频超声无定型硼纳米金属沉积改性方法，包括以下步骤：

S1，无定型硼混合溶液的制备：取适量无定型硼粉置于去离子水容器中，将容器置于常压超声工作台，通过超声搅拌获得无定型硼混合液体；

S2，复合变频超声的多功能纳米金属液相原位沉积：配置一定浓度的Fe或Ni金属盐水溶液，将一定质量的络合剂加入Fe或Ni金属盐水溶液中，同时配置一定浓度的还原剂，通过恒流泵将相应盐溶液及还原剂滴入置于超声工作台的无定型硼混合液体容器中，结合滴加速度、搅拌速度及变频超声频率的控制，调整纳米金属以无定型硼为形核核心的原位沉积速率，通过控制反应液浓度，实现对无定型硼的原位纳米金属包覆层厚度及质量的有效控制，获得纳米金属均匀包覆的无定型硼混合溶液；

S3，纳米金属原位包覆改性无定型硼的分离：将反应结束获得的纳米金属均匀包覆的无定型硼混合溶液置于离心机中，通过离心对硼粉与去离子水进行两相分离，获得纳米金属原位包覆无定型硼粉；

S4，纳米金属原位包覆改性无定型硼的检测。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述S4中，纳米金属原位包覆改性无定型硼的检测，包括采用装配有能量色散X射线光谱仪的原位超高分辨场发射扫描电子显微镜观察样品及燃烧产物的形貌，并使用能谱仪对样品进行点扫描和面扫描半定量分析纳米金属原位改性硼粉中元素含量及分布。