[发明专利]原位取代氧化铝改性铝粉及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位取代氧化铝改性铝粉及其制备方法。所述方法将NaF水溶液分次加入到铝粉分散液中，搅拌反应得到Na₃AlF₆原位取代氧化铝改性的铝粉。本发明制备条件温和、反应过程简单、制备成本低，适合工业化生产和批量化制备。采用本发明方法制备的六氟铝酸钠负载铝粉，可有效促进铝粉着火和燃烧；将改性铝粉加入固体推进剂进行高温燃烧时，表面负载的六氟铝酸钠破坏铝粉表面的氧化铝层，促进铝粉着火和燃烧，从而提高固体推进剂的燃烧性能，而且六氟铝酸钠与氧化铝的反应是一个放热反应，加速铝粉着火。

技术领域

本发明属于含能材料的制备技术领域，涉及一种原位取代氧化铝改性铝粉及其制备方法。

背景技术

铝(Al)作为一种高能燃料，被广泛应用在推进剂、烟火药和炸药等领域。但是，铝粉表面通常被一层致密的氧化铝薄膜(5-20nm)包裹。初始氧化层的存在铝粉燃烧速率低以及着火延迟长，在某些情况下会导致不完全燃烧和点火失败。另外，熔融的铝颗粒在推进剂表面上聚结并形成比原始颗粒大几个数量级的团聚体，从而导致火箭发动机的两相流损失增加(Aluminum agglomeration reduction in a composite propellant usingtailored Al/PTFE particles[J].Combustion and Flame,2014,161(1):311-321.)。研究表明，通过改善铝粉的着火特性缩短着火时间，可以减少铝粉团聚，降低两相流损失(Amechanism for shattering microexplosions and dispersive boiling phenomena inaluminum-lithium alloy based solid propellant[J].Proceedings of theCombustion Institute,2017,36(2):2309-2316.)。

目前，研究较多的主要是在铝颗粒包覆含氟聚合物材料(Sponge-like Al/PVDFfilms with laser sensitivity and high combustion performance prepared byrapid phase inversion[J].Chemical Engineering Journal 2020；396.)，可以达到破坏铝粉表面氧化层促进铝粉着火燃烧的目的。何伟等将聚偏氟乙烯(PVDF)包覆在铝粉表面，成功制备出核壳结构的铝粉聚偏氟乙烯复合粒子(Control the combustion behavior ofsolid propellants by using core-shell Al-based composites[J].Combustion andFlame,2020；221:441-52.)。采用PVDF可以降低铝粉的着火延迟时间并提升其燃烧速率。将得到的复合材料应用于固体推进剂中进行燃烧时，PVDF分解产生氟化氢(HF)气体，HF与铝颗粒表面固有的Al₂O₃壳反应，从而达到促进铝粉着火和燃烧的目的，但是并不能保证HF全部与氧化铝发生反应，所以推进剂的尾气中往往还含有大量HF气体，这对环境具有很大危害(Pyrolysis of ammonium perfluorooctanoate(APFO)and its interaction withnano-aluminum[J].Chemical Engineering Journal 2021；403.)。最近，朱宝忠等发现(Enhancing ignition and combustion characteristics of micron-sized aluminumpowder in steam by adding sodium fluoride[J].Combustion and Flame,2019；205:68-79.)，NaF在高温水蒸气中水解能产生氢氧化钠(NaOH)，而NaOH可以破坏铝粉的氧化层，从而达到促进铝粉着火和燃烧的目的，但是NaF与水蒸气的反应会产生HF，易对环境造成污染。

发明内容