[发明专利]一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体推进剂用纳米含能复合粒子及其制备方法，具体涉及一种固体推进剂纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法，属于含能材料领域。

背景技术

铝粉具有密度高、耗氧量低、燃烧焓高和成本低等优点，是推进剂中应用最广泛的金属燃烧剂。研究表明，对铝粉进行纳米化处理是提高铝粉活性和提高推进剂综合性能的重要方法。一方面，当铝粉粒径减小到纳米级时，由于其具有高的比表面积和比表面能，表现出很高的反应活性，在燃烧的过程中可释放出较高的能量，使得推进剂的燃烧速率和比冲大幅提高。另一方面，纳米铝粉高的反应活性又极易与空气中的氧气及水蒸气发生反应生成惰性的Al₂O₃，从而使得纳米铝粉活性降低。研究结果表明，铝粉的粒径越小，其失活程度越严重。因此，保持纳米铝粉的活性是纳米铝粉应用的关键。

针对纳米铝粉易发生氧化失活的问题，国内外研究者做了大量的研究工作，主要选择不同的材料对其表面进行包覆处理，以提高纳米铝粉的活性。目前，主要报道的材料有金属氧化物(氧化铜和氧化铁等)、过渡金属(镍等)、非金属单质(硼等)、聚合物包覆(聚环氧十二烷等)、有机酸包覆(油酸等)以及固体推进剂的主要成分(硝化棉等)等。中国专利CN103506621A采用氟橡胶对纳米铝粉表面进行包覆处理，但原料纳米铝粉的表面已经进行了钝化。中国专利CN104889787A和CN102581272A，公开了分别用高分子和硝化棉包覆纳米铝粉。上述两个专利都是对已经制备好的纳米铝粉进行改性，但对原料铝粉表面是否已经钝化并没有明确说明。对已经制备好的纳米铝粉进行再包覆，一方面在包覆前的取样过程中，纳米铝粉的表面不可避免的会发生氧化，这会影响包覆剂的包覆效果；另一方面即使在无水无氧环境中操作，会存在过程复杂、能耗高的缺陷。中国专利CN103182505A和CN102717068B通过两步法，首先采用液相化学法制得了纳米铝粉，再采用溶剂-反溶剂法用推进剂组分RDX和HTPB对纳米铝粉进行原位包覆，该过程中纳米铝粉在包覆前没有氧化，用推进剂组分RDX和HTPB可有效保持其活性，但专利并没有对储存稳定性进行说明，且该过程中采用分布包覆，包覆剂的引入并没有能够调控铝粉的粒径大小。

发明内容

发明目的

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种固体推进剂用纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法，在纳米铝粉的生成过程中原位对其进行包覆，制得纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，并可通过调控石蜡的加入时间来调控复合粒子的粒径大小。制备的复合粒子可以长期有效的保持纳米铝粉的活性，阻止纳米铝粉的氧化；同时石蜡在燃烧过程中能提供能量；制备过程操作方便，过程简单安全，粒径均匀，成本低。

技术方案

为了达到上述发明目的，本发明纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的合成方法是先合成AlH₃·NR₁R₂R₃前驱物；再采用一步法将主要成分为饱和烷烃的石蜡加入反应体系中，对纳米铝粉进行原位包覆，制备纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。

本发明技术方案如下：

一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，所述含能复合粒子是利用石蜡对纳米铝直接进行原位包覆，在纳米铝表面形成致密的石蜡层，最终所形成的球形或者类球形纳米颗粒。

所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法如下，首先，将AlCl₃、叔胺NR₁R₂R₃和LiAlH₄混合反应，离心得到AlH₃·NR₁R₂R₃清液，即得前驱物；然后在惰性气氛保护下，向AlH₃·NR₁R₂R₃清液中加入四价钛盐催化剂，搅拌加热到一定温度，选择在不同的反应时间加入石蜡，反应结束后将产物真空干燥，即得所述纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。

通过以下具体步骤来实现：