CN106191755A - 一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究，是将装有纳米铝粉的坩埚放在管式炉中，在流通的氮气气氛下加热，当反应温度不再继续升高，氮化将受到抑制，从而在纳米铝粉表面生成几个纳米厚的致密的氮化铝包覆层。采用本发明方法制备得到的氮化铝包覆纳米铝粉能够有效阻止纳米铝粉的氧化并且保持纳米铝粉的活性；包覆的氮化铝在高温燃烧时可提供额外的燃烧热，提高燃烧性能。

Description

一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究
一、技术领域
本发明涉及到新材料领域，具体的说，涉及一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究
二、背景技术
铝粉作为目前固体燃烧剂的主要燃料组分，可大幅提高燃烧的能量性能，然而，普通铝粉或微米级铝粉，由于点火延迟时间长，燃烧时易团聚而形成大的凝滴，因而其燃烧效率低；同时，有可能产生燃烧不完全、喷管的两相流损失和形成羽烟状的气体排出等缺陷。
纳米铝粉燃烧速率高，是微米级铝粉的数倍；纳米铝粉燃烧效率高，燃烧过程只需几分之一毫秒，燃烧完全，燃烧过程中无团聚和集块现象等。采用纳米铝粉替代微米铝粉可解决上述问题。然而，纳米铝粉由于比表面积大，比表面能高，容易团聚且极易发生氧化而失活，甚至在空气中自燃，从而极大限制了其作为燃烧剂中的应用。
目前，用于解决纳米铝氧化和团聚的方法主要是对其表面进行包覆。表面包覆是改善纳米铝粉性能的一种有效方法，可以有效的解决团聚以及氧化，主要包括碳包覆、过渡金属包覆、金属氧化物包覆等。低分子有机物分解碳包覆中，有机物分解的碳易与蒸发的铝蒸汽发生反应生成Al4C3，对于纳米铝粉能量的释放有很大的负面影响；金属离子、金属化合物AlB2及金属氧化物Fe2O3包覆工艺复杂，包覆过程不可控等缺点尚不能大量生产。目前有机物的包覆作用力小，包覆不完全且包覆物不是固体推进剂的组成物，易造成相容性差等新问题。
氮化铝具有良好的高温化学稳定性和高温耐腐蚀性，是纳米铝粉理想的表面包覆材料，将氮化铝作为纳米铝粉的表面包覆材料，成功解决了纳米铝粉的表面活性问题，同时，纳米铝粉和纳米氮化铝的结合使用在工业方面应用前景广阔。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种在纳米铝粉表面可形成致密保护层，提高纳米铝粉抗氧化能力的氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究。
本发明的过程如下：
一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究，包括如下步骤：
将装有纳米铝粉的坩埚放人石英管中，在流通高纯氮气气氛下，以一定的升温速率升高到一定温度，保温一段时间，从而在纳米铝粉表面生成致密的氮化铝保护层。
上述步骤中，纳米铝粉应该均匀平铺在坩埚地表面、厚度尽量薄，控制在1--5毫米，纳米铝粉装入石英管中在高纯氮气的保护气氛下进行，在加热前保证石英管内的气氛为高纯氮气，加热过程中高纯氮气的气体流量为0.5-2.5L/min，升温速率为5-15℃/min，保温时间为5-45min，在通有高纯氮气的气氛下冷却至室温。
本方法的特点：(1)使用氮化铝对新制备出的纳米铝粉进行表面包覆，可有效阻止纳米铝的氧化，提高纳米铝的活性；(2)包覆的氮化铝在高温燃烧时可以提供额外的燃烧热，这对于燃烧剂的燃烧有贡献作用；(3)本发明方法操作简单，适合大批量生产。
四、附图说明
图1为制备得到的氮化铝包覆纳米铝粉的XRD图；
图2为制备得到的氮化铝包覆纳米铝粉的TEM照片。
五、具体实施方式
下面结合实施实例和附图1、附图2对本发明作进一步详细说明。
实施例1
在高纯氮气气氛的保护下，将纳米铝粉均匀平铺在坩埚底部，随后将坩埚放人石英管中部，在流量为1L/min高纯氮气气氛下，以5℃/min的升温速率，升高到550℃，保温30min，在高纯氮气气氛下，随炉冷却到室温。
如图1所示，XRD图中出现明显的Al和AlN的峰；如图2所示，复合粒子为球形，在表面形成了明显的核壳结构。
实施例2
在高纯氮气气氛的保护下，将纳米铝粉均匀平铺在坩埚底部，随后将坩埚放人石英管中部，在流量为1L/min高纯氮气气氛下，以5℃/min的升温速率，升高到600℃，保温15min，在高纯氮气气氛下，随炉冷却到室温。

Claims (8)

1.一种氮化铝包覆纳米铝粉的制备工艺研究，其特征在于包括以下步骤：
将装有纳米铝粉的坩埚放人石英管中，在流通高纯氮气气氛下，以一定的升温速率升高到一定温度，保温一段时间，从而在纳米铝粉表面生成致密的氮化铝保护层。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
纳米铝粉应该均匀平铺在坩埚地表面，厚度尽量薄，控制在1--5毫米。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
纳米铝粉装入石英管中在高纯氮气的保护气氛下进行。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
在加热前保证石英管内的气氛为高纯氮气。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
加热过程中高纯氮气的气体流量为0.5-2.5L/min。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
升温速率为5-15℃/min。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
保温时间为5-45min。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于：
在通有高纯氮气的气氛下冷却至室温。
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