异质包覆纳米铝粉的制备、微组装与氧化机理研究

High activity aluminum powder was widely used in pyrotechnics, aluminum propellant, rocket propellant, explosive and othr fieldsdue to its high calorific capacity with the value of 82.35MJ/L and 30.50MJ/kg. The diameter of the powder used is about 30μm. The burning rate of the micron powder is low and the combustion is incomplete, so the internalenergy can not be completely released. The application of nanometer aluminum powder can solve this problem. But the activity of aluminium nanoparticles is extremely high, and the powder is easy to be oxidized. The alumina shows no contribution to the energy, and even lead to accidents. Surface heterogeneity coating is an effective method to improve the performance of aluminum nanoparticles. By this way, the problem of aggregation and oxidation can be effectively solved, also, it can effectively improve the combustion efficiency of aluminum powder. What's more, the selection of coating special can also give a new function of aluminum powder. The project intends to adopt multilayer heterogeneous coating technology to solve the problem of easy oxidation, poor stability and poor compatibility. The anti oxidation mechanism of heterogeneous nanometer aluminum powder will be studied using Materials Studio as well.

高活性金属铝具有很高的体积热值(82.35MJ/L)和质量热值(30.50MJ/kg)，在烟火剂、铝燃剂、固体火箭推进剂、炸药等领域应用广泛，目前应用的铝粉直径在30μm左右。微米级铝粉燃速低、燃烧不完全，能量不能完全释放，应用纳米铝粉能够解决这一问题。然而纳米铝粉表面活性极高，与环境中的气体、液体分子作用产生表面污染层，造成纳米铝粉在实际应用中活性难以体现，并且带来储存寿命短、加工相容性差等问题。表面异质包覆可以有效地解决纳米铝粉团聚以及氧化问题，还可有效提高铝粉的燃烧效率，且选用特殊的包覆物还可以赋予铝粉新的功能。但其很多研究还处在实验室研究阶段，且全部集中于一种物相的单方法包覆，防氧化、稳定性和相容性等问题不能一并解决。本项目拟采用内层含能包覆、外层相容性包覆的双层异质包覆工艺，制备微组装的高活性铝颗粒材料，并利用Materials Studio等材料分析软件探究材料的氧化失活机理。

高活性金属铝具有很高的体积热值(82.35MJ/L)和质量热值(30.50MJ/kg)，在烟火剂、铝燃剂、固体火箭推进剂、炸药等领域应用广泛，目前应用的铝粉直径在30μm 左右。微米级铝粉燃速低、燃烧不完全，能量不能完全释放，应用纳米铝粉能够解决这一问题。然而纳米铝粉表面活性极高，与环境中的气体、液体分子作用产生表面污染层，造成纳米铝粉在实际应用中活性难以体现，并且带来储存寿命短、加工相容性差等问题。表面异质包覆可以有效地解决纳米铝粉团聚以及氧化问题，还可有效提高铝粉的燃烧效率，且选用特殊的包覆物还可以赋予铝粉新的功能。但其很多研究还处在实验室研究阶段，且全部集中于一种物相的单方法包覆，防氧化、稳定性和相容性等问题不能一并解决。本项目通过对现有激光感应等离子体制粉设备的改装，改变收粉方式，直接获取表面新鲜的纳米铝粉，其平均粒径可在80-200nm范围可调，实际后续使用的是平均粒度为150nm的铝粉。纳米铝粉在自行设计研发的XZ-42型喷雾造粒设备中进行包覆造粒，获得了微组装胶囊结构的铝颗粒材料，经测试，常温常压大气环境下存放三个月其活性铝含量为86.4%，达到了技术指标要求。并用扩散机制解释了纳米铝粉的失活机理。