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不同粒徑的納米鋁粉組成的鋁熱劑的性能對比研究

來源：中國粉體技術網更新時間：2013-12-16 11:02:16 瀏覽次數：

      （中國粉體技術網/劉莉）傳統鋁熱劑一般是由大粒度Al粉和微米金屬氧化物組成的簡單混合體系，其主要缺點是Al粉氧化反應活性低且氧化劑與還原劑的結合程度不高，常導致藥劑反應速度慢、實際放熱量低、反應過程不集中，特別是反應的起始溫度通常很高（＞900℃），這直接影響到了它們的點火和燃燒性能，使其很難成為真正意義上的反應性材料而進入實際應用。
       納米鋁熱劑具有燃燒效率高、能量釋放速率快、安全性能好等特點，常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌，在火工品、推進劑等領域有廣泛的應用前景。國外研究發現，將鋁熱劑的粒度從微米超細化到納米級，它的反應速度提高快，能力釋放迅速，最快可超過千倍。因此納米鋁熱劑近年來成為研究熱點，而尋求適合工業化生產的高反應速率的納米鋁熱劑，使其在含能領域更加有利用價值，將其中一種或者兩種組分進行納米化是一種有效的方法。
       南京理工大學姜海晨針對鋁熱劑的反應特點，制備了三種超級鋁熱劑，并對它們進行了熱分析、點火溫度和燃速的對比。首先使用超聲共混的方法制備了五種由不同粒徑的納米鋁粉組成的WO₃/Al納米復合粒子，然后利用溶膠-凝膠法分別制備了五組Cr₂O₃/Al、Fe₂O₃/Al納米復合粒子。其中，Al粉的平均粒度分別為40nm、50nm、70nm、100nm和200nm。
       借助SEM、XRD、EDS分別對以上三種產物進行了形貌和結構表征。結果表明通過超聲共混的WO₃/Al分散性很好，通過溶膠-凝膠法制備的Cr₂O₃/Al納米復合粒子中納米Al粉和Cr₂O₃粒子接觸緊密，Fe₂O₃/Al納米復合粒子中納米Fe₂O₃能夠很好的包覆在納米Al粉的表面。
       通過DSC測試結果發現，由尺寸在70～100nm的鋁粉組成的復合粒子，它們的第一個放熱峰出現的比其它的納米復合粒子早；通過點火實驗發現，由尺寸在70～100nm的鋁粉組成的復合粒子的點火溫度比其它的納米復合粒子低。最后對各樣品進行了燃速測試，結果同樣表明，由尺寸在70～100nm的鋁粉組成的納米復合粒子表現出最高的燃速。這說明由此尺寸范圍的納米鋁粉組成的納米復合粒子具有更加出眾的反應特性。
       單一方法雖然可制備得到某些方面性能較好的納米鋁熱劑，但更應著重綜合現有各種制備方法的優點，使得制備途徑更優化。同時，保持制備過程中對顆粒形狀、粒徑的控制也是較有潛力的發展方向。

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