纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究

纳米铝的应用及其制备方法研究进展_张坤

第27卷第3期阜阳师范学院学报(自然科学版)V o.l27,N o.3 2010年9月Journal o f Fuyang T eachers Coll ege(N a t ura l Sc i ence)Sep.2010纳米铝的应用及其制备方法研究进展张坤,崔玉民,陶栋梁(阜阳师范学院化学与化工学院,安徽阜阳236041)摘要:介绍了纳米铝的应用及其制备方法。

纳米铝主要应用于火箭推进剂、火炸药添加剂和太阳能电池板的铝背场。

制备纳米铝的方法主要有蒸发冷凝法、线爆炸法、机械化学法、脉冲激光剥蚀法、电弧放电法和溶液化学法等。

虽然纳米铝在应用方面具有很重要的价值,可是目前的制备方法成本昂贵、产量小,制约着纳米铝应用方面的发展。

因此,发展新型的低成本、产量大的纳米铝制备方法具有极其重要的意义。

关键词:纳米铝;应用;制备方法中图分类号:TQ133.1文献标识码:A文章编号:1004-1069(2010)03-0045-03Research progress of application and s ynt hesis m et hodof al u m i nu m nanoparticlesZ HANG Kun,CU I Yu-m i n,TAO Dong-liang(School of Che m istry and Che m ical Eng ineering,Fuyang T eacher s C olle ge,Fuy ang A nhu i236041,Ch i na)Abst ract:A pplica ti on and synthesism ethod o f alu m inu m nanoparti c les are i ntroduced.The appli cation of a l u m i nu m nanopar-ti c les is f o cused on rocke t prope llant,exp l osive add iti ves and alu m i nu m back fi e l d o f so lar ce ll pane ls.T he ma i n m ethods to synthe-si ze alu m i nu m nanopartic l es are evapo ra ti on condensa ti on m ethod,L i ne explosi on m ethod,M echanica l chem ica lme t hod,pulsed la-ser ablation m ethod,a rc discha rg i ng m ethod and chem icalm ethod.A lthough A l nanoparti c les are va l uab l e i n appli cation,its expen-si ve cost and li ttl e y i e l d usi ng presentm ethod has li m ited the app licati on development of A l nanoparti c les.So,it is v ery i m portant to develop ne w-sty l e lo w-cost and l arge y i e l d m et hod to synthesize A l nanoparticles.K ey w ords:A l u m i num nanoparti c l es;A pp licati on;Synthesism e t hod0引言纳米铝作为一种新型材料,主要应用领域有三个方面,包括火箭推进剂、火炸药、太阳能电池铝背场。

纳米铝粉表面包覆改性研究的最新进展

中图分类号：Ｔ３Ｂ４
文献标识码：Ａ
文章编号：１１— ９９（０）０ — ０１１８２１１２１１２０８—０
０引言
铝粉是现代固体火箭推进剂常用的添加剂之
一
强、喷管的两相流损失和形成羽烟排出等缺陷。纳米铝粉由于其优异的热释放和低温氧化能
低，因此被广泛采用 …ｌ＿＿而，普通铝粉和微３。然米级铝粉的点火延迟时间较长、燃烧效率较低，而且，在推进剂燃烧过程中易在推进剂燃烧表面发生团聚而形成大的凝滴，从而产生特征信号过
第８卷第２期
２１年４月０１
纳
米科技
Ｎｏ．２Ａｐｌ０１ｉｒ２１
Ｎａｏｃｅｃｎｓｉｎｅ＆Ｎｎｔｃｎｌｇａｏｅｈ０ｏｙ
纳米铝粉表面包覆改性研究的最新进展
姚二岗，赵凤起，安亭
（西安近代化学研究所，陕西西安７０６）１０５摘要：综述了固体推进剂用纳米铝粉的几种包覆改性方法，包括：碳包覆、金属包覆、氧化物包覆、聚合物包覆、有机酸包覆及推进剂组分包覆，评述了各种方法的优缺点，分析认为若在固体推进剂中应用，可重点发展碳包覆、金属包覆和推进剂组分包覆等方法。
ＡｂｔａｔＴｅｍａｎｍｅｈｄｆｕｆｃｏｔｇｍｏｉｃｔｎｆｒａｕｎｍａｏｏｅｓｄｉｏｉｒｐｌｎｎｌｄｎｓｒｃ：ｈｉｔｏｓｏｒａｅｃａｉｄｆａｉｏｌｍｉｕｎｎｐｗｄｒｕｅｎｓｌｐｏｅｌｔｉｃｕｉｇｓｎｉｏｄａｃｒｏｏｔｇａｂｎｃａｉ，ｍｅａｏｔｇｘｄｏｔｇｏｙｒｃａｉｇｒａｉｃｄｃａｉｇａｄｐｏｅｌｎｏｏｅｔｃａｉｇｎｔｌｃａｉ，ｏｉｅｃａｉ，ｐｌｍｅｏｔ，ｏｇｎｃａｉｏｔｎｒｐｌｔｃｍｐｎｎｏｔｎｎｎｎａｎｗｅｅｓｍｍａｚｄＴｅａｖｎａｅｎｈｒｏｎｓｏａｈｍｅｈｄｗｅｅｅｐｕｄｄＢａｅｎｔｅｅｐｉｔｄｏｔｈｔｔｅｒｕｉｒｅ．ｈｄａｔｇｓａｄｓｏｔｍｉｇｆｃｔｏｒｘｏｎｅ．ｓｄｏｈｓｏｎｅｕａｈｃｅｔｃｒｏｏｔｇａｂｎｃａｉ，ｍｅａｏｔｇａｄｐｏｅｌｎｏｏｅｔｃａｉｇｗｒｅｙｉｏａｔｍｅｈｄｅｈｙｗｅｅｕｅｎｎｔｌｃａｉｎｒｐｌｔｃｍｐｎｎｏｔｅｅｖｒｍｐｒｎｔｏｓｗｈｎｔｅｒｓｄｉｎａｎｔｓｌｒｐｌｎ．ｏｉｐｏｅｌｔｄａＫｅｗｏｄ：ａｏａｕｎｍ；ｏｔｇｍｏｉｃｔｎｓｌｒｐｌｎ；ｕｙｒｓｎｎ — ｌｍｉｕｃａｉｄｆａｉ；ｏｉｐｏｅｌｔｓｍｍａｚｔｎｎｉｏｄａｉｒａｉｏ

纳米铝

纳米铝——纳米Al粉的制备及性能表征研究1、纳米铝的基本概念标准铝原子只覆盖了其表面积的千分之一，而纳米铝覆盖了百分之五十。

即铝原子表面覆盖了百分之五十，微粒尺寸处于纳米级的铝粉成为纳米铝。

2、纳米铝制备方法及优缺点对比1）蒸发冷凝法蒸发冷凝法是物理方法制备纳米微粒的一种典型方法。

在真空下充人纯净的惰性气体(Ar，He等)，高频感应加热使原料铝锭蒸发，产生铝蒸气，惰性气体的流动驱动蒸气向下移动，并接近冷却装置。

在蒸发过程中，铝蒸气原子与惰性气体原子碰撞失去能量而迅速冷却，这种有效的冷却过程在铝蒸气中造成很高的局域过饱和而均匀成核，在接近冷却装置的过程中，铝蒸气首先形成原子团簇，然后形成单个纳米微粒，纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米粉末。

这种方法耗能大、成本高、粒径难以控制、产品稳定性差。

2）线爆炸法线爆炸法¨是另外一种物理法，首先将爆炸室抽至较高的真空，然后向爆炸室充人一定压力的高纯氩气。

调节高压至34kV，向储能器充电3OkV，使整个系统处于稳定状态。

通过送丝装置将直径为0．3mm的铝丝送入爆炸室，控制A1线爆炸频率为3O次/min。

通过等离子体放电使铝丝在瞬间爆炸，形成高分散的纳米铝粉，然后将纳米铝粉收集后在氮气的保护下进行原位包装。

这种方法制备纳米铝粉的粒径一般在100nm以上，很难做到粒径更小，同时这种方法的生产量很小，难以满足日益扩大的市场需求。

因此，寻求一种新型的方法制备纳米铝粉将会为太阳能电池市场、军工国防事业提供新的技术支撑。

3）机械化学法机械化学法采用氯化铝和金属锂作为反应原料，边研磨边反应制备纳米铝。

所使用的设备是惰性气体手套箱和球磨机。

研磨反应后所得产物经过有机溶剂硝基甲氯化铝溶液洗涤，能够除去大部分副产物氯化锂。

所得纳米铝的平均粒径为55nm。

由于所生成的纳米铝非常活泼，如果使用金属钠与氯化铝球磨制备纳米铝，则副产物氯化钠很难除去。

下式为机械化学法制备纳米铝的反应式：A1C13+3Li—Al+3LiC1(1) AIC13+3Na_Al+3NaC1(2) 这种机械化学法制备纳米铝优点是方法简便，操作简单。

固体推进剂铝粉燃烧特性及机理研究进展分析

中图分类号：Ｖ５１２文献标识码：Ａ文章编号：１００６ — ２７９３（２０１５）０２．０２３２．０７
ＤｏＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１ｏｏ６－２７９３．２０１５．０２．０１５
ｉｎｌｆｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｌｕａｍｉｎｕｍｐｏｗｄｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ－ｐｅｒ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｓｈｏｗｈａｔｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｈｒａａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｌｕａｍｉｎｕｍｐａｒｔｉｃｌｅ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｇａｓｅｏｕｓｐｈｓｅａｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓｒｅａｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈｆｅａｃｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｌｕａｍｉｎｕｍｐｏｗｄｅｒ．Ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｎｇｌｕａｍｉｎｕｍｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ，ａｄｄｉｎｇｍｕｌｔｉ・ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｌｌａｏｙｎｄａｃｌａｄｄｉｎｇｌｕａｍｉｎｕｍｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈｐｏｌｙｍｅｒｓｃａｒｔｉｍｐｏｖｒｅｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｆ－

纳米铝粉在高能固体推进剂中的应用

在ＡＰ复合改性双基推进剂体系中，小铝粉的粒一减
中图分类号：Ｊ５Ｔ５；Ｖ５２１：标志码：史献Ａ文章编号：０７７１（０１０ —０７０１０ — ８２２１）５０６ —４
ＡｐｐｉａｉｎｏａｏａｍｉｍｗｄｒｉｉｈＥｎｒｙＳｌｄＰｒｐｌａｌｃｔｏｆＮｎ — ｌｕｎｕＰｏｅｎＨｇｅｇｏｉｏｅｌｎｔ
（北航天化学技术研究所，湖北襄阳４１０）湖４０３摘要：纳米铝粉替代３（量分数）用质的微米级铝粉，得均匀一致的高能固体推进剂药块。研 ห้องสมุดไป่ตู้ 了纳米铝粉获
对药块的安全、学、烧和能量性能的影响。结果表明，纳米铝粉的药块内部结合更紧密，度与原高能推进力燃含密剂配方的相同，全性能和力学性能相差不大。在ＰＴ黏合剂体系中加入纳米铝粉能有效提高体系的动、态燃安Ｅ静速，低燃速压强指数，未改变其能量性能。降但关键词：料科学；米铝粉；体推进剂；速；强指数；冲材纳固燃压比
ＬＩＷｅ，ＢＡＯ，ＴＡＮＧｎＷＵａｇＸＵｉｙａ，ＬＩＬｉｉｇ，ＧＵＯａｇ，ＰｉＸｉＧｅ，Ｆｎ，Ｈａ— ｕｎＵ — ｎｂＸｉｎＡＮＧＡｉｎ — ｍｉ（ｕｅＩｓｉｔｆＡｅｏｐｃｅｔｃｎｌｇ，ＸｉｎｙｎＨｕｅ４０３Ｃｈｎ）ＨｂｉｎｔｕｅｏｒｓａｅＣｈｍｏｅｈｏｏｙｔａｇａｇｂｉ４１０，ｉａＡｂｔａｔＴｈｕｓｉｕｉｎｏａｏａｕｎｍｏｅｏ（ｓｒｃｉｎｃｎｅｔｎｌｓｚｄａｕｎｍｏｅｓｒｃ：ｅｓｂｔｔｏｆｎｎ — ｌｍｉｕｐｗｄｒｆｒ３ｔｍａｓｆａｔｏ）ｏｖｎｉａｉｅｌｍｉｕｐｗｄｒｏｃｎｏｔｉｎｆｒｈｇｎｒｙｓｌｏｅｌｎ．ｅｅｆｃｆｎｎｌｍｉｕｐｗｄｒｏｈｒｐｒｙｏｅｕｉａｂａｎａｕｉｍｉｈｅｅｇｏｉｐｒｐｌｔＴｈｆｅｔｏａｏａｕｎｍｏｅｎｔｅｐｏｅｔｆｓｃｒｔｏｄａｙ，

纳米铝粉在复合剂的运用研究论文

摘要考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。

结果表明，纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉，随活性铝含量的降低，纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。

同时，研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响，结果表明，纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数，有利于改善推进剂的燃烧性能，但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。

关键词纳米铝粉;复合推进剂;活性铝含量;燃速;爆热1引言由于纳米金属粉具有尺寸小、比表面积大、表面配位不全等特点，使其表面活性点增多，表面反应面积增大[1]。

将纳米金属粉作为含能组分添加到固体推进剂中，有可能使推进剂的燃烧性能获得较大改善。

关于纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究已取得了一定进展，研究发现，将纳米铝粉商品名为添加到固体推进剂中，推进剂燃速大大提高[2]。

然而，纳米铝粉由于活性高，在空气中极易氧化失去活性，从而导致纳米铝粉的性质发生变化。

等[3]认为，纳米铝粉的氧化反应速率比普通铝粉提高了近两个数量级，因此需采用惰性材料对其进行包覆，以保持其高活性。

而关于不同包覆材料的纳米铝粉在推进剂中应用的研究报道较少，基于此，文中研究了不同类型纳米铝粉的自身特性及对推进剂燃烧性能和能量性能的影响。

2实验21实验样品纳米铝粉的化学性质活泼，若其表面未经任何处理，则纳米铝粉在空气中暴露会迅速发生氧化反应甚至自燃而失去活性，因此，需对纳米铝粉进行表面包覆。

在表面包覆物的选择上，采用了与复合固体推进剂组分相容的物质包覆纳米铝粉。

研究所用纳米铝粉包括包覆纳米铝2、包覆纳米铝2、高聚物包覆纳米铝高聚物2、23包覆纳米铝232。

其中，与含量为5，高聚物含量为50，23含量为1。

粉状纳米铝粉的性质见表1。

采用真空浇注工艺制备推进剂药柱，并将推进剂药柱切割为4×4×140的小药条，并用包覆液包覆药条4次，备用。

表1纳米铝粉的性质12平均粒径粒径范围比表面积2·-1松装密度·-3形状180～5040～60008～020球形22推进剂配方实验样品基础配方为701515。

铝粉在固体推进剂中的应用

物Ｎ０：的二次反应，使其在高温下的检出量减少，导致该体系在３７０＿ｌｃ后的裂解气体中ＨＣＮ、ＮＯ：的
目前纳米铝粉制备方法主要有三种：
３．１机械粉碎法
含量和ＮＯ与ＮＯ：的比例大大提高，ＮＯ与ＮＯ
数为１的纳米铝粉，每克燃料的燃烧热可增加１倍。有数据表明，含质量分数为４０９，６常规铝粉的推进
剂不能很好的燃烧，但含质量分数为４２～７５Ａｌｅｘ（纳米铝粉的牌号）的推进剂燃速很高，且含纳米铝粉的推进剂燃烧完全，几乎没有残留物。更有研究报道，当铝粉的粒径从微米级减小到纳米级时，其
烧生成的固体金属氧化物微粒起着抑制振荡燃烧作用。可用的金属燃烧剂有锂、铍、硼、镁、铝等［１］。铝粉作为能量材料的添加剂被广泛应用在推进剂和火药
炸药中。
１普通及微米级铝粉在推进剂中的应用
ｍｓ才能完全燃烧，若燃烧不完全则会产生红外信号
广泛应用。有人研究了铝粉对硝酸酯增塑聚醚
（ＮＥＰＥ）推进剂热分解性能的影响，认为铝粉的加入改变了该体系中各组分问以及组分与初始分解产
大比冲，提高燃速和燃烧稳定性。例如．添加质量分
摘
要：介绍普通铝粉及微米级铝粉在推进剂中的应用，介绍金属纳米铝粉的制备方法，综述了用

纳米铝粉的应用前景

中图分类号：(27"6
文献标志码：&
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! 引言
金属燃烧剂是现代固体推进剂的重要组分之一，金属燃烧剂可以提高推进剂的爆热和密度。同时，燃烧生成的固体金属氧化物微粒，起着抑制振荡燃烧作用。可用的金属燃烧剂有锂、铍、硼、镁、铝等［#］。铝粉由于密度高，耗氧量低，有高的燃烧焓，使得固体推进剂中可以有较高的铝粉含量，对提高比冲的作用相当显著，再加上原材料丰富，成本较低，因此作为能量材料的添加剂被广泛应用在推进剂和火炸药中。然而，普通铝粉和微米级铝粉由于长的点火延迟和慢的燃烧动力限制了它目前的使用。它们在推进剂燃烧表面上凝结成大的“集块”，延长了燃烧时间。大凝滴（典型的为%$!!$":）需要#$!#$$:;才能烧完。同时，有可能产生燃烧不完全、增加红外信号、喷管的两相流损失和形成羽烟状的气体排出等缺陷［!］。纳米科学的研究有望解决这个问题。
化学法主要通过化学反应的方式来制备纳米粉末，根据反应环境的不同可以分为气相化学反应法、液相化学反应法和固相化学反应法。
气相化学反应法是让一种或几种气体在一定反应条件下（(、=、.）发生热分解或化学反应，从气相中析出纳米粉末。它包括单一化合物的热分解和两种以上物质之间的气相反应（’.>）。在反应气相体系中加激光诱发（’.>）或直流场（=’.>）可加速纳米粉末的形成。这些技术方法主要是生产金属化
等离子体加热物理气相合成法是美国 ’#’0:%#;,公司发明的专利技术，这一技术具有连续生产、粉体粒径可控、经济的特点，生产的纳米粉体的粒径分布集中、纯度高。其氧化物纳米粉体的产量可达年产数百吨，金属纳米粒子的产量较低。因而金属纳米粒子的价格远高于化合物纳米粒子的价格，这从一个侧面反映出目前所用的金属和合金纳米粒子制备技术的生产率较低。