[发明专利]一种铁包铝型复合粉体的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于金属复合粉体制备领域，更具体地，涉及一种铁包铝型复合粉体的制备方法及其产品。

背景技术

超细铝粉由于其高的燃烧热，在固体火箭推进剂、高能炸药等含能材料领域有着广泛的应用。然而微米量级的铝粉燃烧动力学慢、点火延迟长、燃烧不充分，其潜在的高热值无法充分利用。研究表明，对微米铝粉进行包覆处理可以有效地改善其燃烧性能，提高“有效铝”的利用率，其中金属包覆微米铝粉对其热性能的改善尤为突出。这主要是因为通过金属包覆微米铝粉，一方面可防止铝粉的进一步氧化，提高有效铝的含量；另一方面所包覆的金属或其氧化生成的金属氧化物还可作为催化剂，对燃烧起到很好的催化和稳定性的作用。

作为最常规的金属包覆材料之一，可以在微米铝粉的表面包覆有一层铁，该铁包覆层可以进一步氧化成为三氧化二铁。三氧化二铁作为常用的燃烧催化剂，并构成了铝热剂的主要成分。与传统的简单混合或球磨混合式的铝热剂相比，这种核壳结构的复合粉体，三氧化二铁的分散性更好，在燃烧过程中与铝的有效接触面积更大，由此能够有效提高铝的利用率，并使铝的放热过程更集中、迅速。

现有技术中用于制备铁包覆微米铝粉的复合粉体的方法主要有电镀法、化学镀法和化学液相沉积法。其中，电镀法的缺陷在于加工设备比较复杂、难以控制并且制造成本较高；化学镀法虽然工艺相对简单，但由于铝属于两性金属，在酸性或碱性镀液中都不稳定，易于造成镀液的分解，相应在很大程度上提供了制备过程中质量控制的难度；对于化学液相沉积法而言，其虽然可以在不腐蚀原始铝粉的情况下实现铁的包覆，但是包覆的均匀性不佳，而且所制备的Fe/Al复合粉体中存在有游离态的Fe。因此，在相关领域中存在对铁包铝型复合粉体的制备方法作出调整或进一步改进的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和/或技术需求，本发明的目的在于提供一种铁包铝型复合粉体的制备方法及其产品，其通过利用流化床并采取化学气相沉积法来制备Fe/Al复合粉体，可以在无需溶剂存在的情况下制得包覆型复合粉体，省去后期的分离和干燥步骤，所制得的产品具备均匀、致密的包覆层，热性能优良且放热集中性好，并尤其适用于含能材料和激光表面熔覆加工等方面的用途。

按照本发明的一个方面，提供了一种铁包铝型复合粉体的制备方法，其特征在于，该制备方法包括下列步骤：

（a）将微米量级的铝粉添加至流化床中并从载气气源通入载气，由此执行对铝粉的流化过程；

（b）继续通入载气使得流化床中的空气被排净，并对流化床加热使之达到250℃～350℃的温度；

（c）将羰基铁加入到连通在载气气源与流化床之间的鼓泡器中并执行加热，使得羰基铁发生挥发并由载气带入到流化床中发生气相沉积反应，由此制得铁包覆在微米铝粉表面的铁包铝型复合粉体产品。

通过以上构思，由于采用流化床来作为气相沉积反应的载体，在反应过程中气、固接触面积增大，质/热转化率高，这样可以在无需溶剂存在的情况下实现对单颗粒的均匀一致包覆，并省去后期的分离和干燥工艺；通过采用羰基铁作为铁源，其反应条件较为温和，热分解后所生成的铁包覆层纯度高，且其厚度能够通过控制羰基铁的通入时间得以精确控制；此外，按照以上工艺所制得的Fe/Al复合粉体热性能优良，可有效解决铝粉燃烧不完全等问题，并且热量释放更快速、集中。

作为进一步优选地，在步骤（a）中，所加入铝粉的平均尺寸为1～200微米，并且其添加至流化床的高度与流化床自身直径之间的比值为1.5～3。

之所以对流化处理步骤的高径比进行以上限定，是考虑到当铝粉加入量过多时，会使反应时间变长，流化床的分布板易发生堵塞等严重情况；铝粉加入量过少，会使床层高度过低，羰基铁在流化床中的时间过短而导致羰基铁的利用率不高。而上述高径比范围经过较多对比测试表明，其能够保证整体制备过程的顺利进行，羰基铁的利用率高，同时还能对复合粉体产品获得更好的包覆效果。

作为进一步优选地，当所加入铝粉的平均尺寸为1～20微米时，在进行流化的同时对其执行搅拌操作。

当铝粉颗粒过小时，铝粉的粘性比较大，很难流化，就算流化了也是以团聚的形式流化，通过在流化处理的同时对铝粉颗粒执行搅拌操作，可以改善铝粉的流化效果，并且可以打破铝粉的团聚，有助于后续工序中铁对单颗粒铝的均匀一致包覆。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，对流化床加热并使之达到280℃～320℃的温度。