一种铝基三元复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝基三元复合材料，它是由Al、Ni和CuO组成。该复合材料的制备方法，它包括以下步骤：取Ni/Al粉于乙醇中，超声分散均匀后，得到Ni/Al粉悬浮溶液备用；取Cu(NO3)2·3H2O溶解于乙醇中，搅拌至溶解完全后，向该溶有Cu(NO3)2·3H2O的乙醇中缓慢滴加Ni/Al粉悬浮溶液；然后再加入环氧丙烷，接着利用冰乙酸调节pH值＜7，搅拌一段时间后，冷却沉积；最后室温下老化一段时间，离心、洗涤、干燥、惰性气体下烧结，得到所述铝基三元复合材料。本发明专利技术制备的复合材料，具有较好的热化学性能，利用CuO和Ni复合铝粉，能够提高铝的反应活性，使铝的氧化反应峰值提前。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基三元复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种军用含能材料领域，具体涉及一种铝基三元复合材料及其制备方法。
技术介绍
金属粉作为高能燃料添加剂在火炸药中使用时，能在爆炸燃烧过程中产生高温高压，对防护设施及战斗人员具有极强的杀伤性，已被广泛用于侵彻武器、水下武器、对舰武器以及空对地武器等的弹药研制中，是目前高威力炸药的重要发展方向。高能炸药颗粒、高热值金属粉及含能聚合物材料是含铝炸药的主要成分。其中高热值的金属粉末作为添加剂，不仅能提供爆炸初始阶段的冲击波能，同时可提高燃料爆炸后的热效应。目前，高活性金属铝粉在铝热剂、推进剂、炸药及战斗部用材料等领域具有非常重要的应用价值，其化学反应中释放的大量热已成为提高弹药毁伤威力的重要途径之一。如何提高金属粉的反应活性来提高高能炸药的威力是发展这类弹药最需解决的关键问题。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种铝基三元复合材料及其制备方法。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种铝基三元复合材料，它是由Al、Ni和CuO三种成分组成，Ni包覆于Al表面形成Ni/Al颗粒；CuO以纳米粒子的形式包覆Ni/Al颗粒，或以纳米团簇形式与Ni/Al颗粒均匀混合。一种上述铝基三元复合材料的制备方法，它包括以下步骤：取Ni/Al粉于乙醇中，超声分散均匀后，得到Ni/Al粉悬浮溶液备用；取Cu(NO3)2·3H2O溶解于乙醇中，搅拌至溶解完全后，向该溶有Cu(NO3)2·3H2O的乙醇中缓慢滴加Ni/Al粉悬浮溶液；然后再加入环氧丙烷，接着利用冰乙酸调节pH值＜7，搅拌一段时间后，冷却沉积；最后室温下老化一段时间，离心、洗涤、干燥，得到所述铝基三元复合材料前驱体；最后将该铝基三元复合材料前驱体在Ar气氛围中升温至300～400℃烧结2～4h，即得到铝基三元复合材料。本专利技术进一步的技术方案，铝基三元复合材料中Ni/Al粉的颗粒尺寸为1～10μm；所述Ni/Al粉中Ni的包覆量为质量百分比4％～8％。此范围类的量能够使Ni均匀包覆于Al表面，有利于提高铝粉点火燃烧性能的同时不大幅度降低其活性铝组分。本专利技术更进一步的技术方案，所述Cu(NO3)2·3H2O与Ni/Al粉中Al的物质的摩尔比之比为3:2。本专利技术更进一步的技术方案，Cu(NO3)2·3H2O溶解于乙醇中后，Cu(NO3)2在乙醇中的浓度为0.1～0.3mol/L。本专利技术更进一步的技术方案，所述环氧丙烷按环氧丙烷与乙醇的体积比为1:2添加。本专利技术更进一步的技术方案，所述缓慢滴加环氧丙烷的滴加速率为0.5～1mL/min。环氧丙烷作为形成Cu(II)溶胶凝胶重要的中间体，过快或过慢滴加不利于形成大小合适，分散均匀的CuO凝胶粒子。本专利技术更更进一步的技术方案，所述利用冰乙酸调节pH值为6.5±0.3；所述搅拌一段时间是指搅拌30～60min。本专利技术更更进一步的技术方案，所述室温下老化一段时间是老化48～120h。本专利技术更更进一步的技术方案，所述离心所用的离心转速为5000r/min；所述洗涤时采用的洗涤溶剂为乙醇。本专利技术更更进一步的技术方案，所述的干燥后得到的铝基三元复合材料在惰性气体Ar的环境下升温300～400℃烧结2～4h，该惰性气体的流速为20mL/min，最后获得CuO/Ni/Al三元复合材料。惰性气氛下高温烧结的目的是为了使生成的Cu(II)凝胶分解，得到氧化铜复合的CuO/Ni/Al粒子。下面将详细地说明本专利技术。微米铝粉在使用过程中由于颗粒太大、表面Al2O3层和反应不完全的问题导致反应动力学差、点火温度高、反应效率低。如何制备出活性成分高、点火温度低、反应速度快，并能实现工艺化过程的铝基复合粒子是非常具有意义的研究方向。本专利技术制备的铝基三元复合材料，Ni对Al粉进行修饰能减小点火时间的延迟，还能提高内爆的压力和脉冲强度；CuO和Al粉复合能够使铝的反应温度提前，大大降低铝反应的温度。因此，本专利技术的铝基三元复合材料相对于铝粉而言，具有更好的热化学性能。本专利技术中，使用的Ni/Al粉是通过购买所得，该Ni/Al粉是Ni包覆于Al表面形成的，并且Ni/Al粉中Ni的包覆量为4％～8％。本专利技术优选Ni/Al粉的颗粒尺寸为1～10μm。然后将CuO以纳米粒子的形式包覆Ni/Al颗粒，或以纳米团簇形式与Ni/Al颗粒均匀混合，得到CuO/Ni/Al铝基三元复合材料。在本专利技术的制备过程中，使用硝酸铜溶解后与自身结晶水配位结合，生成Cu(II)水合粒子；该粒子水解反应后得到水合氢离子。在制备过程中加入环氧丙烷，该环氧丙烷在酸的质子化作用下生成带正电的中间产物，此过程会消耗体系中的水合氢离子。进一步的促进Cu(II)低预聚体的缩合反应，最终形成Cu(II)氧化物的凝胶网状结构。由于环氧丙烷的加入与Cu(II)氧化物的形成息息相关，因此需要严格控制该环氧丙烷的滴加速率，以便于获得更好的Cu(II)氧化物的凝胶网状结构；进一步的，有利于CuO以纳米粒子的形式包覆Ni/Al颗粒，或以纳米团簇形式与Ni/Al颗粒均匀混合，得到CuO/Ni/Al铝基三元复合材料。本专利技术采用冰乙酸调节pH值为6.5±0.3，是为了让体系中含有适量的反应所需的氢离子。调节pH值后搅拌30～60min是为了让体系中的各组分均匀分散，使Cu(II)的凝胶化反应进行得更加完全。本专利技术中，老化的过程有利于使Cu(II)的低预聚体进一步缩合反应生成分子量更大的溶胶粒子；高温下烧结有利于形成CuO/Ni/Al铝基三元复合材料。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术制备的铝基三元复合材料，具有较好的热化学性能，利用CuO和Ni复合铝粉，能够提高铝的反应活性，使铝的氧化反应峰提前了240℃以上。本专利技术的制备方法简单易得。附图说明图1为原材料Al粉10000倍的SEM图；图2为Ni/Al粉10000倍的SEM图；图3为本专利技术制备得到的铝基三元复合材料的10000倍SEM图；图4为本专利技术制备得到的铝基三元复合材料的XRD图；图5为原材料Al粉的TG/DSC曲线图；图6为本专利技术制备得到的铝基三元复合材料的TG/DSC曲线图。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。下述实施例中的Ni/Al粉是采用Al粉和Ni粉通过购买所得的。实施例1：取颗粒尺寸为5μm的Ni/Al粉0.27g，分散于乙醇的20mL混合溶液中，室温下超声30min，得到Ni/Al粉悬浮液备用；取Cu(NO3)2·3H2O晶体3.63g，溶于100mL乙醇中，得到Cu(NO3)2溶液。搅拌条件下，将超声分散的Ni/Al粉悬浮液加入Cu2+溶液中，随后以0.5～1mL/min缓慢加入50mL环氧丙烷，用冰乙酸调节PH为6.2。滴加完毕后，搅拌30min，冷却沉积。室温下老化48h，将絮凝物洗涤离心，并将得到的沉淀物在60℃下干燥8h后，得到铝基三元复合材料的前驱体。将前驱体在400℃，Ar气氛围中烧结2h，惰性气体流速设置为20mL/min。高温处理后即得到如图3所示的CuO/Ni/Al三元复合材料。实施例2取颗粒尺寸为5μm的Ni/Al粉0.54g，分散于乙醇的20mL混合溶液中，室温下超声30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基三元复合材料，其特征在于它是由Al、Ni和CuO三种成分组成，Ni包覆于Al表面形成Ni/Al颗粒；CuO以纳米粒子的形式包覆Ni/Al颗粒，或以纳米团簇形式与Ni/Al颗粒均匀混合。

【技术特征摘要】
1.一种铝基三元复合材料，其特征在于它是由Al、Ni和CuO三种成分组成，Ni包覆于Al表面形成Ni/Al颗粒；CuO以纳米粒子的形式包覆Ni/Al颗粒，或以纳米团簇形式与Ni/Al颗粒均匀混合。2.一种权利要求1所述的铝基三元复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：取Ni/Al粉于乙醇中，超声分散均匀后，得到Ni/Al粉悬浮溶液备用；取Cu(NO3)2·3H2O溶解于乙醇中，搅拌至溶解完全后，向该溶有Cu(NO3)2·3H2O的乙醇中缓慢滴加Ni/Al粉悬浮溶液；然后再加入环氧丙烷，接着利用冰乙酸调节pH值＜7，搅拌一段时间后，冷却沉积；最后室温下老化一段时间，离心、洗涤、干燥，得到所述铝基三元复合材料的前驱体；最后将该铝基三元复合材料前驱体在Ar气氛围中升温至300～400℃烧结2～4h，得到铝基三元复合材料。3.根据权利要求2所述的铝基三元复合材料的制备方法，其特征在于所述Ni/Al粉的颗粒尺寸为1～10μm；所述Ni/Al粉中Ni的包覆量为质量百分比4％～8％。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蓉，刘绪望，汤滢，李尚斌，罗观，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51