[发明专利]一种Al/Fe2O3铝热剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Al/Fe₂O₃铝热剂的制备方法，具体涉及一种亚微米级铝粉铝热剂的制备方法。

背景技术

随着材料制备技术的发展，纳米铝热剂的研究成为了热点。纳米铝热剂是纳米铝粉和纳米金属氧化物在纳米级别进行复合。纳米铝热剂具有能量密高的特点，在冶金、电池、陶瓷、军事领域有着广泛的应用。纳米铝热剂的制备方法主要有固相反应法、反应抑制研磨法、溶胶-凝胶法、喷雾热分解法、自组装法，其中溶胶-凝胶法是制备纳米铝热剂的优秀方法，该方法使反应物之间具有更高的接触面积和更高的铝热反应放热量。王毅等(Al/Fe₂O₃纳米复合铝热剂的制备及其反应特性研究《火工品》2008年第4期11页～14页)采用溶胶-凝胶法制备了Al/Fe₂O₃纳米铝热剂，该方法将纳米铝粉加入到Fe(NO₃)₃·9H₂O乙醇溶液中分散，温度恒定后，加入1,2-环氧丙烷，并监测反应温度和pH值变化，使发生凝胶反应，将得到的凝胶混合体系老化放置6天后，真空干燥5天，再经研磨、洗涤、离心、干燥后得到Al/Fe₂O₃纳米铝热剂，其热值为1648J·g^-1。高坤等(热处理对Al/Fe₂O₃纳米铝热剂性能的影响《火炸药学报》2012年第6期19页～22页)以溶胶-凝胶法，并经热处理得到Al/Fe₂O₃纳米铝热剂，其最高热值为1209J·g^-1。溶胶-凝胶法存在合成周期长，操作过程繁杂的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的不足，提供了一种制备周期短、操作简便、高热值的Al/Fe₂O₃铝热剂制备方法。

传统铝热剂材料中，氧化剂与还原剂为物理混合，氧化剂与还原剂颗粒分离，不同组分间的界面作用阻碍了其反应热的扩散，导致传统铝热剂的能量释放速率和能量转化效率较低。纳米铝热剂由于反应物之间接触面积大，减少了传质和热传导的距离，具有较高的能量密度，在铝热反应过程中可以产生高热。当前技术中，制备纳米铝热剂较好的方法为溶胶-凝胶法，但该方法制备周期长，操作繁杂。

本发明将Fe₂O₃的前驱体与亚微米级Al粉混合处理后，通过加热，原位生成Fe₂O₃晶体，与Al紧密结合，有利于传质、传热，以提高能量转化效率。本发明方法制备周期短，操作简便。

本发明的Al/Fe₂O₃铝热剂的制备方法，包括以下步骤：将Fe₂O₃的前躯体、亚微米级Al 粉及分散溶剂加入到反应容器中，其中Al与Fe的摩尔比为1:0.50～1.32,亚微米级Al粉与分散溶剂的质量体积比为1g:63ml～170ml，20℃～33℃超声分散，过滤，用无水乙醇洗涤滤饼，抽干，20～25℃干燥，得到干燥固体，将得到的干燥固体放入坩埚中，300℃～330℃加热5h～10h，降温至20～25℃，得到Al/Fe₂O₃铝热剂；所使用的Fe₂O₃的前躯体为经加热后可转变成为Fe₂O₃的物质，特别是FeO(OH)、Fe₃O₄；Al为粒径200nm～300nm的亚微米级Al粉；分散溶剂为烷烃、芳香烃。

本发明优选的Al/Fe₂O₃铝热剂制备方法包括以下步骤：取FeO(OH)、粒径为200nm～300nm 的亚微米级Al粉及甲苯,加入到反应容器中，其中Al与Fe的摩尔比为1:1.12，亚微米级Al 粉与甲苯的质量体积比为1g:167ml，23～33℃超声15min，过滤，用无水乙醇洗涤滤饼二遍，抽干，20～25℃干燥，得到干燥固体；将得到的干燥固体放入坩埚中，300℃～330℃加热8h，降温至20～25℃，得到Al/Fe₂O₃铝热剂。