本發(fā)明涉及一種軍用含能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋁基三元復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬粉作為高能燃料添加劑在火炸藥中使用時(shí)，能在爆炸燃燒過(guò)程中產(chǎn)生高溫高壓，對(duì)防護(hù)設(shè)施及戰(zhàn)斗人員具有極強(qiáng)的殺傷性，已被廣泛用于侵徹武器、水下武器、對(duì)艦武器以及空對(duì)地武器等的彈藥研制中，是目前高威力炸藥的重要發(fā)展方向。

高能炸藥顆粒、高熱值金屬粉及含能聚合物材料是含鋁炸藥的主要成分。其中高熱值的金屬粉末作為添加劑，不僅能提供爆炸初始階段的沖擊波能，同時(shí)可提高燃料爆炸后的熱效應(yīng)。目前，高活性金屬鋁粉在鋁熱劑、推進(jìn)劑、炸藥及戰(zhàn)斗部用材料等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，其化學(xué)反應(yīng)中釋放的大量熱已成為提高彈藥毀傷威力的重要途徑之一。如何提高金屬粉的反應(yīng)活性來(lái)提高高能炸藥的威力是發(fā)展這類彈藥最需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[要解決的技術(shù)問(wèn)題]

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，提供一種鋁基三元復(fù)合材料及其制備方法。

[技術(shù)方案]

為了達(dá)到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種鋁基三元復(fù)合材料，它是由al、ni和cuo三種成分組成，ni包覆于al表面形成ni/al顆粒；cuo以納米粒子的形式包覆ni/al顆粒，或以納米團(tuán)簇形式與ni/al顆粒均勻混合。

一種上述鋁基三元復(fù)合材料的制備方法，它包括以下步驟：取ni/al粉于乙醇中，超聲分散均勻后，得到ni/al粉懸浮溶液備用；取cu(no3)2·3h2o溶解于乙醇中，攪拌至溶解完全后，向該溶有cu(no3)2·3h2o的乙醇中緩慢滴加ni/al粉懸浮溶液；然后再加入環(huán)氧丙烷，接著利用冰乙酸調(diào)節(jié)ph值＜7，攪拌一段時(shí)間后，冷卻沉積；最后室溫下老化一段時(shí)間，離心、洗滌、干燥，得到所述鋁基三元復(fù)合材料前驅(qū)體；最后將該鋁基三元復(fù)合材料前驅(qū)體在ar氣氛圍中升溫至300～400℃燒結(jié)2～4h，即得到鋁基三元復(fù)合材料。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案，鋁基三元復(fù)合材料中ni/al粉的顆粒尺寸為1～10μm；所述ni/al粉中ni的包覆量為質(zhì)量百分比4％～8％。此范圍類的量能夠使ni均勻包覆于al表面，有利于提高鋁粉點(diǎn)火燃燒性能的同時(shí)不大幅度降低其活性鋁組分。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述cu(no3)2·3h2o與ni/al粉中al的物質(zhì)的摩爾比之比為3:2。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，cu(no3)2·3h2o溶解于乙醇中后，cu(no3)2在乙醇中的濃度為0.1～0.3mol/l。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述環(huán)氧丙烷按環(huán)氧丙烷與乙醇的體積比為1:2添加。

本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述緩慢滴加環(huán)氧丙烷的滴加速率為0.5～1ml/min。環(huán)氧丙烷作為形成cu(ii)溶膠凝膠重要的中間體，過(guò)快或過(guò)慢滴加不利于形成大小合適，分散均勻的cuo凝膠粒子。

本發(fā)明更更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述利用冰乙酸調(diào)節(jié)ph值為6.5±0.3；所述攪拌一段時(shí)間是指攪拌30～60min。

本發(fā)明更更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述室溫下老化一段時(shí)間是老化48～120h。

本發(fā)明更更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述離心所用的離心轉(zhuǎn)速為5000r/min；所述洗滌時(shí)采用的洗滌溶劑為乙醇。

本發(fā)明更更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的干燥后得到的鋁基三元復(fù)合材料在惰性氣體ar的環(huán)境下升溫300～400℃燒結(jié)2～4h，該惰性氣體的流速為20ml/min，最后獲得cuo/ni/al三元復(fù)合材料。惰性氣氛下高溫?zé)Y(jié)的目的是為了使生成的cu(ii)凝膠分解，得到氧化銅復(fù)合的cuo/ni/al粒子。

下面將詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。

微米鋁粉在使用過(guò)程中由于顆粒太大、表面al2o3層和反應(yīng)不完全的問(wèn)題導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)差、點(diǎn)火溫度高、反應(yīng)效率低。如何制備出活性成分高、點(diǎn)火溫度低、反應(yīng)速度快，并能實(shí)現(xiàn)工藝化過(guò)程的鋁基復(fù)合粒子是非常具有意義的研究方向。

本發(fā)明制備的鋁基三元復(fù)合材料，ni對(duì)al粉進(jìn)行修飾能減小點(diǎn)火時(shí)間的延遲，還能提高內(nèi)爆的壓力和脈沖強(qiáng)度；cuo和al粉復(fù)合能夠使鋁的反應(yīng)溫度提前，大大降低鋁反應(yīng)的溫度。因此，本發(fā)明的鋁基三元復(fù)合材料相對(duì)于鋁粉而言，具有更好的熱化學(xué)性能。

本發(fā)明中，使用的ni/al粉是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)所得，該ni/al粉是ni包覆于al表面形成的，并且ni/al粉中ni的包覆量為4％～8％。本發(fā)明優(yōu)選ni/al粉的顆粒尺寸為1～10μm。然后將cuo以納米粒子的形式包覆ni/al顆粒，或以納米團(tuán)簇形式與ni/al顆粒均勻混合，得到cuo/ni/al鋁基三元復(fù)合材料。在本發(fā)明的制備過(guò)程中，使用硝酸銅溶解后與自身結(jié)晶水配位結(jié)合，生成cu(ii)水合粒子；該粒子水解反應(yīng)后得到水合氫離子。在制備過(guò)程中加入環(huán)氧丙烷，該環(huán)氧丙烷在酸的質(zhì)子化作用下生成帶正電的中間產(chǎn)物，此過(guò)程會(huì)消耗體系中的水合氫離子。進(jìn)一步的促進(jìn)cu(ii)低預(yù)聚體的縮合反應(yīng)，最終形成cu(ii)氧化物的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于環(huán)氧丙烷的加入與cu(ii)氧化物的形成息息相關(guān)，因此需要嚴(yán)格控制該環(huán)氧丙烷的滴加速率，以便于獲得更好的cu(ii)氧化物的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步的，有利于cuo以納米粒子的形式包覆ni/al顆粒，或以納米團(tuán)簇形式與ni/al顆粒均勻混合，得到cuo/ni/al鋁基三元復(fù)合材料。本發(fā)明采用冰乙酸調(diào)節(jié)ph值為6.5±0.3，是為了讓體系中含有適量的反應(yīng)所需的氫離子。調(diào)節(jié)ph值后攪拌30～60min是為了讓體系中的各組分均勻分散，使cu(ii)的凝膠化反應(yīng)進(jìn)行得更加完全。本發(fā)明中，老化的過(guò)程有利于使cu(ii)的低預(yù)聚體進(jìn)一步縮合反應(yīng)生成分子量更大的溶膠粒子；高溫下燒結(jié)有利于形成cuo/ni/al鋁基三元復(fù)合材料。

[有益效果]

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果：

本發(fā)明制備的鋁基三元復(fù)合材料，具有較好的熱化學(xué)性能，利用cuo和ni復(fù)合鋁粉，能夠提高鋁的反應(yīng)活性，使鋁的氧化反應(yīng)峰提前了240℃以上。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易得。

附圖說(shuō)明

圖1為原材料al粉10000倍的sem圖；

圖2為ni/al粉10000倍的sem圖；

圖3為本發(fā)明制備得到的鋁基三元復(fù)合材料的10000倍sem圖；

圖4為本發(fā)明制備得到的鋁基三元復(fù)合材料的xrd圖；

圖5為原材料al粉的tg/dsc曲線圖；

圖6為本發(fā)明制備得到的鋁基三元復(fù)合材料的tg/dsc曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述和說(shuō)明。

下述實(shí)施例中的ni/al粉是采用al粉和ni粉通過(guò)購(gòu)買(mǎi)所得的。

實(shí)施例1：

取顆粒尺寸為5μm的ni/al粉0.27g，分散于乙醇的20ml混合溶液中，室溫下超聲30min，得到ni/al粉懸浮液備用；取cu(no3)2·3h2o晶體3.63g，溶于100ml乙醇中，得到cu(no3)2溶液。

攪拌條件下，將超聲分散的ni/al粉懸浮液加入cu²⁺溶液中，隨后以0.5～1ml/min緩慢加入50ml環(huán)氧丙烷，用冰乙酸調(diào)節(jié)ph為6.2。滴加完畢后，攪拌30min，冷卻沉積。

室溫下老化48h，將絮凝物洗滌離心，并將得到的沉淀物在60℃下干燥8h后，得到鋁基三元復(fù)合材料的前驅(qū)體。

將前驅(qū)體在400℃，ar氣氛圍中燒結(jié)2h，惰性氣體流速設(shè)置為20ml/min。高溫處理后即得到如圖3所示的cuo/ni/al三元復(fù)合材料。

實(shí)施例2

取顆粒尺寸為5μm的ni/al粉0.54g，分散于乙醇的20ml混合溶液中，室溫下超聲30min，得到ni/al粉懸浮液備用；取cu(no3)2·3h2o晶體7.26g，溶于100ml乙醇中，得到cu(no3)2溶液。

攪拌條件下，將超聲分散的ni/al粉懸浮液加入cu²⁺溶液中，隨后以0.5～1ml/min緩慢加入50ml環(huán)氧丙烷，用醋酸調(diào)節(jié)ph為6.8。滴加完畢后，攪拌60min，冷卻沉積。

室溫下老化120h，將絮凝物洗滌離心，并將得到的沉淀物在60℃下干燥8h后，得到鋁基三元復(fù)合材料前驅(qū)體。

將前驅(qū)體在300℃，ar氣氛圍中燒結(jié)4h，流速設(shè)置為20ml/min。高溫處理后即得到cuo/ni/al復(fù)合材料。

上述實(shí)施例1、2中使用的al粉的10000倍和ni/al粉的10000倍sem圖分別如圖1和圖2所示，制備得到的cuo/ni/al三元復(fù)合材料的10000倍sem圖如圖3所示。本發(fā)明制備得到的復(fù)合材料經(jīng)xrd測(cè)試后的結(jié)果如圖4所示，證明復(fù)合材料中含有cuo、ni、al三種組成成分。

另外，通過(guò)圖5中al粉的tg/dsc圖和圖6中cuo/ni/al復(fù)合材料的tg/dsc圖比較可以看出，反應(yīng)至1200℃，cuo/ni/al復(fù)合材料已達(dá)到放熱峰最高值，峰溫為953.9℃，而al還未達(dá)到放熱峰峰值，說(shuō)明添加部分cuo和ni復(fù)合鋁粉，能夠提高鋁的反應(yīng)活性，使鋁的氧化反應(yīng)峰提前240℃以上。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。