[发明专利]一种硼镁预合金粉体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硼镁预合金粉体材料的制备方法，属于金属基可燃物领域。所述材料为全包覆核壳结构，核为B，外壳为MgO和MgB₂，无定型MgO和晶态MgB₂不均匀分布。其制备方法为：镁粉和硼粉经过前处理后，进行机械预混，得到混合粉末，再进行高温均匀预混，出炉，在惰性气体保护下粉碎研磨后再次放入炉体内；抽真空后充入惰性气体，进行两步烧结；得到的预合金粉块在惰性气体保护下机械粉碎研磨，得到一种硼镁预合金粉体材料。所述方法工艺简单，成本不高，利用镁粉在加热过程中还原硼粉中的氧化硼提高有效硼含量，在硼粒子间的界面上形成部分镁硼合金，以减少硼的团聚，增大硼粒子在氧化过程中的受热面积，提高反应度。

技术领域

本发明涉及一种硼镁预合金粉体材料及其制备方法，属于金属基可燃物领域。

背景技术

硼粉具有极高的热值，其质量热值分别为镁和铝的2.3倍和1.9倍，且燃速适当，但硼粉易被氧化，这大大降低了其添加入推进剂后燃烧过程中氧化反应的放热量，同时氧化硼外壳的熔、沸点很高，包覆在硼粉表面，使得内部的硼粉在燃烧过程中很难发生反应，进一步降低了硼粉的反应度。除此之外，硼粒子易团聚，导致其粒径较大，不利于其充分反应。目前硼粉通过与镁粉进行机械混合的方法将镁粉加入硼粉体系以提高其点火性能，提高体系的反应度，但镁粉的加入并不能使活性硼含量升高。因此如何提高活性硼的利用率具有重要意义。

发明内容

针对目前用于推进剂中的硼粉存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种硼镁预合金粉及其制备方法，通过均匀混合、低压镁蒸汽扩散还原实现了表面反应，产物包覆内部结构，进一步起到保护作用。为提高体系中活性硼含量和能量利用率，通过镁热还原硼的方法降低氧化硼含量，从而提高体系在实际应用中的放热量。所制备的硼镁预合金粉具有更高的反应度，氧化过程可以释放更多热量，作为固体燃料替代原来的硼粉加入推进剂体系中，可以得到输出能量更高的推进剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种硼镁预合金粉体材料，所述材料为全包覆核壳结构，核为B，壳为MgO和MgB₂，无定型MgO和晶态MgB₂不均匀分布。

一种硼镁预合金粉体材料的制备方法，所述制备方法步骤如下：

(1)前处理：硼粉：在有机溶剂中浸泡12～48h，抽滤，真空干燥；

(2)机械预混：将活性镁含量在98％以上的镁粉和前处理后的硼粉按摩尔比1:4～1:9称取，搅拌后进行机械预混，混合1～3h，得到混合粉末；

(3)高温均匀预混：将所述混合粉末放入炉体内，抽真空，保压1～5h后充入惰性气体，保持负压状态；之后进行高温均匀预混，升温速率在10～20℃/min，温度为600～700℃，保温1～3h；之后随炉冷却，将烧结块取出，在惰性气体保护下粉碎研磨；

(4)烧结：将高温均匀预混后的粉末再次放入炉体内；抽真空后充入惰性气体，保持负压状态，进行两步烧结：①烧结升温速率为10～20℃/min，烧结温度为500～600℃，保温2～3h；②烧结升温速率为30～80℃/min，烧结温度为650～850℃，保温3～5h；烧结完成后随炉冷却，出炉，得到预合金粉块；

(5)粉碎：在惰性气体保护下将所述预合金粉块粉碎研磨0.5～2h，得到一种硼镁预合金粉体材料。

优选的，步骤(1)所述有机溶剂为无水乙醇、乙酸乙酯或丙酮，硼粉与有机溶剂的添加量之比为1g:4～8mL。

优选的，步骤(3)所述高温均匀预混重复进行2～4次。

优选的，惰性气体为氩气。

优选的，所述炉体为管式炉。

优选的，抽真空后炉内压力在500Pa以下。