[发明专利]一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：将铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；将配方量的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa～0.2MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料。本发明最终制得的微纳复合结构铝粉材料具有宏观微米尺度和微观纳米结构的多尺度结构，形貌为球形、近球形或类球形；微纳复合结构铝粉材料的起始反应温度为550℃，一次氧化增重达到38.4％，反应温度和起始反应温度大幅降低、反应活性大幅提升、释能过程更加集中。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及铝粉材料，具体涉及一种微纳复合结构铝粉材料、制备方法及其应用。

背景技术

铝以其成本优势与能量优势成为金属燃料中应用最广泛的一种，但是其自身结构特点决定了其在实际应用中存在一些缺陷，例如Li Z Y,等在《Effects of Particle Sizeon Two-Phase Flow Loss in Aluminized Solid Rocket》Motors[J].Acta Astronaut.,2019,159:33-40一文中指出：受材料自身尺寸与结构影响，常用的微米铝粉有效铝含量较高，但点火温度通常高于2000K，在实际反应过程中，铝粉颗粒从露出推进剂燃面开始会经历熔融-堆积-团聚过程，这一过程中会形成大铝液滴，从而使得铝的点火变得困难，点火温度较高。Gromov AA等在Metal nanopowder:production,characterization,andenergetic application[M].Wiley-VCH,Weinheim,2014一文中指出：纳米铝粉具有较高的反应活性与反应完全率以及更低的点火温度(800k)、更短的燃烧时间，从而增加了对反应介面的热反馈，可以有效降低两相流损失，但由于纳米铝粉特殊的颗粒尺寸，使得有效铝(活性铝)含量随颗粒尺度的减小大幅度降低，通常由于有效铝含量不足90％而导致材料的绝对能量与微米铝粉相比有一定的差距。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种微纳复合结构铝粉材料，以解决现有技术中心微米铝粉反应活性差而纳米铝粉绝对能量较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种微纳复合结构铝粉材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将铝丝固定在电爆炸腔室内的上下电极上；

步骤2、将配方量的微米铝粉送入电爆炸腔室，然后将电爆炸腔室抽至真空后充入氩气，并将气压调至0.1MPa～0.2MPa，使微米铝粉颗粒在电爆炸腔室内循环流动；

步骤3、启动电爆炸装置，使电爆炸反应产生的纳米铝粉颗粒沉积于电爆炸腔内循环流动的微米铝粉颗粒上得到微纳复合结构铝粉材料；

其中，所述微纳复合结构铝粉材料中，微米铝粉与纳米铝粉的质量比为(8～10):1。

本发明还具有以下技术特征：

可选的，所述微纳复合结构铝粉材料的形状为球形、近球形或类球形。

更进一步的，所述微纳复合结构铝粉材料中，纳米铝粉颗粒的粒度分布为100～200nm，微米铝粉的粒度分布为8～12μm。

更进一步的，步骤1中，所述铝丝的直径为0.1～0.35mm。

更进一步的，所述步骤3中，循环流动的微米铝粉的传输速率为4g/min～10g/min；电爆炸反应的放电电压为20～30KV，电容器容量为3.0～4.0μF，放电频率0.5～1.5Hz，电爆炸长度为70～120mm。

更进一步的，步骤3中，纳米铝粉颗粒沉积于微米铝粉颗粒上的时间为30～60min。