[发明专利]一种纳米镁铝粉末的电爆炸装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属粉末的制备领域，特别涉及一种纳米镁铝粉末的电爆炸装置及制备方法。

背景技术

镁/铝粉具有耗氧量低、燃烧焓搞、密度高的优点，在固体推进剂中可以添加较高的镁/铝粉含量，对提高比冲的作用相当显著，再加上镁/铝粉原材料丰富，成本也较低，使镁/铝粉成为固体火箭推进剂及火炸药最为适合的金属添加剂。

目前在固体推进剂和炸药中加入的镁/铝粉直径在 30μm 左右。微米级镁/铝粉颗粒在推进剂燃烧表面上往往经历一个先熔化再燃烧的过程，镁/铝粉在燃面熔融后容易突破表面氧化镁/铝壳层而互相熔联形成凝滴，并凝结成大的“集块”，其尺寸可达 50～200μm，需要 10～100ms 才能烧完，从而导致推进剂燃烧速率低，延长了燃烧时间。此外，由于微米镁/铝粉燃烧释放出的大部分热量位于远离推进剂表面处，对推进剂的热反馈小，通常金属燃烧对推进剂本身燃速没有影响；同时，有可能存在燃烧不完全、特征信号过强、喷管的两相流损失和形成羽烟状的气体排出等缺陷。因此，使用纳米尺寸镁/铝粉取代微米镁/铝粉应用于固体火箭推进剂中以克服这些缺陷具有重要应用价值。目前这种高端技术被俄罗斯、美国等少数国家垄断，进口该设备市场价格高达100万美元，每公斤铝粉销售价格15万人民币。但是这些进口设备都存在制备效率底，浪费严重，铝粉收集困难等缺陷。

纳米镁/铝粉是含能材料的一种新型金属燃烧剂，由于其具有普通镁/铝粉不具备的特性，近年来倍受关注。纳米镁/铝粉可显著提高推进剂的燃烧速率、比冲，降低其特征信号等；纳米镁/铝粉可独立作为燃烧剂使用，如俄罗斯暴风雪鱼雷使用镁/铝粉推进剂，可使鱼雷在水中的航速达到数百节。然而活性丧失的纳米镁/铝粉在含能材料中反而起到相反的作用，因此系统地研究纳米镁/铝粉的活性及其活性保持机制显得尤为重要和迫切。

目前纳米镁/铝粉的制备方法很多，分物理方法和化学方法两类；包括蒸发冷凝法，物理粉碎法，机械合金化法，溅射法，固体相变法，超声膨胀法，电爆炸丝法，电弧法，化学气相法，水热合成法，蒸发法，溶胶凝胶法，模板法等等。总的来说，化学方法的产率很高，但得到的纳米镁/铝粉纯度不高，成本高，制备时间较长；某些物理方法，比如激光烧蚀，直流电弧放电等，得到的纳米镁/铝粉纯度很高，但同样成本高，生产时间较长。

电爆炸法制备超细金属及其合金粒子的方法最早是由俄罗斯发明并首先采用，此后美国、日本、韩国等相继进行相关产业的开发与应用。它是一种物理制备金属超细粒子的新方法，利用导体的电爆炸方法控制生产高弥散超细金属、合金、类金属和化学化合物粒子，适合规模化生产。其特点是能量转化率高、工艺参数可调、适用性广，是一种高产量的制备方法，用电爆炸技术可获得较高质量的金属纳米粉末。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低的纳米镁铝粉末的电爆炸装置及其制备方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种纳米镁铝粉末的电爆炸装置，包括电爆炸室、电路系统、马达传动装置、收集装置、氩气瓶、氩气循环泵、高压极板，所述马达传动装置、高压极板相对设置于电爆炸室内，马达传动装置将需爆炸的材料输送至高压极板上，所述电路系统安装在电爆炸室外部，电路系统与高压极板电连接，所述氩气瓶经供气管道与电爆炸室连接，所述电爆炸室的下部位于高压极板正下方处设有竖直管道，竖直管道下方设有收集装置，竖直管道的一侧设有氩气循环泵，氩气循环泵的入气口与竖直管道连通，氩气循环泵的出气口经氩气循环管道与供气管道相连。

上述纳米镁铝粉末的电爆炸装置中，所述电路系统包括电源、二极管、球隙和储能电容，所述电源的输出端与二极管的负极相连，二极管的正极经球隙与高压极板相连，所述储能电容的一端连接在二极管的负极与球隙之间，另一端接地。

上述纳米镁铝粉末的电爆炸装置中，所述马达传动装置包括马达、卷筒、铝丝和铝丝导槽，所述马达的输出轴与卷筒固接，带动卷筒转动，所述卷筒卷绕有铝丝，铝丝的出丝端穿过铝丝导槽与高压极板相接触。

上述纳米镁铝粉末的电爆炸装置中，所述氩气循环管道上设有冷却系统。

一种纳米镁铝粉末的电爆炸制备方法，包括以下步骤：

1）往电爆炸室中放入金属丝，将金属丝卷绕在卷筒上，金属丝的出丝端穿过铝丝导槽伸向高压极板；

2）打开氩气瓶上的阀门，往电爆炸室中充入氩气作为保护气体，当电爆炸室内气压达到1.3MPa时，停止输气；

3）启动电路系统的电源，储能电容开始充电，调节球隙的大小使得高压极板上的电压达到击穿电压；