[发明专利]一种铝热燃烧剂及其制作方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种燃烧剂及其制作方法，具体涉及一种特别适用于高温切割和钻孔的铝热燃烧剂及其制作方法。

背景技术

铝热剂燃烧反应最初仅仅是定义为金属铝与四氧化三铁之间的反应，随着对金属与金属氧化物反应研究的深入，才扩展为一种代表了金属燃料与金属或非金属氧化物之间的氧化还原反应类型，国外称为广义铝热剂。

铝热剂是高能量密度的药剂，较小体积的药量也能提供很强的化学热能，因此铝热剂型热能切割器都是非常轻便的，可单人携带,很适合野外应急使用。在军事上特别适合于城市作战和反恐行动中快速切割破坏各种混凝土、钢铁结构和高强陶瓷障碍物等目标，与爆破手段相比，还具有安全和隐蔽的特点。

然而普通的铝热剂如铁铝铝热剂的热能切割器其切割能力并不能与电弧切割枪和氧气切割枪相比，铁铝铝热剂燃烧产物中的液态熔渣会包裹或堵塞在被切割材料表面，阻碍进一步的热量传递，因此以铁铝铝热剂为基础的烟火药不能用在例如钻孔的场合，也不能切割例如混凝土、花岗岩、陶瓷等非金属材料，所以，应控制烟火药燃烧产物中的液态熔渣量在一个较低的水平。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明第一目的是提供一种特别适用于高温切割和钻孔的铝热燃烧剂。

本发明的第二目的是提供该铝热燃烧剂的制作方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供的一种铝热燃烧剂，该铝热燃烧剂按重量份数包括如下组分：Al粉20~30份、二氧化锰粉70~80份、添加剂5~10份；所述添加剂包括镁粉、镍粉、硝酸钡、聚四氟乙烯中的一种或者多种的组合。

作为优选，该铝热燃烧剂按重量份数包括如下组分：Al粉23~28份、二氧化锰粉73~78份、添加剂7~9份；所述添加剂包括镁粉、镍粉、硝酸钡、聚四氟乙烯中的一种或者多种的组合。

作为优选，为了混合均匀以及控制燃速，所述Al粉、二氧化锰粉、添加剂的颗粒度为60目~100目。

该高热剂化学反应的主要反应方程式如下：

3MnO2+4Al→3Mn+2Al2O3+1759.4kJ

实验过程中发现，该铝热剂点火后立刻出现强烈炽白的火光上冲，并有较大的烟雾出现。燃烧模具底部几乎看不到有红热的熔渣滴落。也就是说，经测试可知，此种铝热剂的燃烧热为1159cal/g，其绝热火焰温度在考虑相变热的情况下为2645℃，在不考虑相变热的情况下为4556℃，而钢的熔化温度为1420℃~1570℃，因此该铝热剂仅用火焰就可将钢板熔穿。

此种铝热剂的一个明显特点是，其燃烧产生的能量几乎全部集中在火焰部分。由于金属锰具有较低的熔点1244℃和沸点1962℃，因此在燃烧反应中，金属可燃物锰基本为气态，这也是本铝热剂燃烧几乎没有熔渣下落的根本原因。

为了增加其点火性能，改良其燃烧性能，在铝粉/二氧化锰二元铝热剂组分的基础上，增加了几种添加剂组分，可以使用的添加剂成分包括镁粉、镍粉、硝酸钡或者聚四氟乙烯。

一种上述的铝热燃烧剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）称重：按照重量份数称取各组分原料；

（2）干燥：将各药剂单独放入干燥箱进行干燥，干燥时，将药剂均匀摊开，堆放厚度不超过25mm，干燥温度不应超过50℃，若使用真空干燥箱干燥处理，一次性干燥药量不应超过500g；

（3）干混：混合时先将铝粉与镁粉混合，再将硝酸钡与二氧化锰混合，最后将以上两种混合物一起混合均匀，用混合机或人工手混皆可，若采用手混，则每次药剂的混合时间应保持30分钟以上，以确保混药的均匀度；

（4）制成药柱：20MPa的压力下将混合物压制成药柱。

完成上述步骤之后既得本发明所述铝热燃烧剂，此种燃烧剂可以在粉状松散状态点燃，或以20MPa的压力压制成药柱，也可以将药粉压制进外壳中使用，均可顺利点燃。

介于铝热剂通常难以点火的特点，用于点燃此种以二氧化锰/铝粉为主要成分的铝热剂的点火药，可使用配方为硝酸钡75%、镁粉25%、虫胶1%的点火药进行点燃。将虫胶溶于乙醇，制成酒精虫胶漆溶液后，与混合好的硝酸钡/镁粉混合物粉末混合搅拌，将潮湿的点火药制成高径比为0.75的圆柱形点火药柱，中部留直径为0.8cm的点火孔，可在其中压制小粒黑火药做成复合点火药柱，用电引火头点火即能够引起高热剂主装药的稳定燃烧。

    这种铝热燃烧剂的特点是，热安定性好，机械感度、枪击感度低，整体安全性好，点火可靠性高，燃烧过程稳定，燃速适中，燃烧释放的热量和所产生的高温熔渣均集中在火焰射流中。