CN106365934B - 一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法，取Ni/Al粉分散于AP的非溶剂和乙醇的混合溶剂中，超声分散一段时间，得到Ni/Al粉悬浮溶液；将AP溶解于其良溶剂并加热制备成过饱和溶液，然后在搅拌下，将该过饱和溶液缓慢滴加到所述Ni/Al粉悬浮溶液中，接着冷却沉积，最后洗涤、离心、加热烘干，得到AP/Ni/Al复合材料。本发明制备方法简单，且制备的AP/Ni/Al复合材料具有较好的热化学性能，如材料放热峰面积大、铝反应效率高等，可以奠定高威力毁伤弹药对高反应活性金属铝粉的需求基础。
Description
技术领域
本发明涉及军用含能材料领域，更具体地，本发明涉及一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法。
背景技术
金属粉作为高能燃料广泛应用于火炸药已经发展了一个多世纪，其氧化还原反应所释放的大量热已成为提高弹药毁伤威力和射程的重要途径之一。由于添加金属的炸药能在爆炸时产生高温高压，对武器和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。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之一。
“金属粉”主要包括Al、Be、Mg、Zr、Ti、B、Si等，但研究最为广泛的还是价格较为便宜，且能量密度较高的Al粉，但实际使用中的微米铝粉存在一些问题，主要为反应动力学差(颗粒太大)，点火温度高(表面Al2O3层)，反应效率低(反应不完全)等。寻找合适的改性Al粉的方法，制备出活性成分高、反应速度快，并能实现工艺化过程的高活性金属复合粒子是非常具有意义的研究方向。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法，以期望可以制备高反应活性的铝基复合粒子，满足高威力炸药对高温高热的要求。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一、取Ni/Al粉分散于AP的非溶剂和乙醇的混合溶剂中，超声分散一段时间，得到Ni/Al粉悬浮溶液；
步骤二、将AP溶解于其良溶剂并加热制备成过饱和溶液，然后在搅拌下，将该过饱和溶液缓慢滴加到所述Ni/Al粉悬浮溶液中，接着冷却沉积，最后洗涤、离心、加热烘干，得到AP/Ni/Al复合材料。
上述AP/Ni/Al复合材料的制备方法中，所述Ni/Al粉的颗粒尺寸为1～5μm。
上述AP/Ni/Al复合材料的制备方法中，所述AP的非溶剂是二氯甲烷，所述混合溶剂中二氯甲烷和乙醇的体积比为0.5～2。
上述AP/Ni/Al复合材料的制备方法中，所述良溶剂是N, N- 二甲基甲酰胺或 N-甲基吡咯烷酮。
上述AP/Ni/Al复合材料的制备方法中，所述Ni/Al粉与AP的质量比为1～ 2。
下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。
Ni/Al粉是镍包覆铝所得的类似核壳型复合粉末。Ni/Al粉与Al粉相比能减小点火时间的延迟，提高内爆的压力和脉冲强度。AP包覆Ni/Al粉能够使点火过程中Ni/Al粉表面的温度迅速上升，提高Ni/Al粉的反应效率，增加放热。但AP包覆 Ni/Al粉存在包覆均匀性难以把控的技术难点，所以如何改善包覆方法，使AP均匀包覆Ni/Al粉是技术关键。
将Ni/Al粉分散于AP的非溶剂和乙醇的混合溶剂中，经过超声分散，Ni/Al 粉均匀分散在乙醇和非溶剂混合溶剂中形成悬浮溶液，当AP溶液加入到该悬浮溶液中时，AP在非溶剂的作用下分散到Ni/Al粉周围，通过搅拌作用AP均匀包覆到Ni/Al粉表面，形成AP/Ni/Al复合材料。在制备过程中，AP要制备成过饱和溶液并缓慢滴加到Ni/Al粉悬浮溶液中，这种加入方式能够有效促进AP对Ni/Al粉的包覆效率，并且使AP包覆得更加均匀。
二氯甲烷和乙醇的体积比在0.5～2之间有助于Ni/Al粉形成均匀的悬浮液，并有利于包覆时AP的分散，增大AP与Ni/Al粉的接触面积，提高包覆效率并使产品包覆均匀。
本发明要求Ni/Al粉的颗粒尺寸在1～5μm之间，Ni/Al粉与AP的质量比在1～ 2之间，在该条件下，采用本发明的方法，可以将AP/Ni/Al复合材料的AP含量控制在合适的范围，使AP/Ni/Al复合材料的放热峰面积有大幅度的提升，Ni对AP 的分解和铝的氧化过程起催化作用，当反应达到1000℃时Al的反应效率能够有效提高。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明制备方法简单，且制备的AP/Ni/Al复合材料具有更好的热化学性能，如材料放热峰面积大、铝反应效率高，可以奠定高威力毁伤弹药对高反应活性金属铝粉的基础。
附图说明
图1为Al粉(a)、Ni/Al粉(c)和AP包覆后的AP/Al(b)及AP/Ni/Al(d)复合材料的SEM图。
图2为Al粉和Ni/Al粉的XRD图。
图3为AP/Al和AP/Ni/Al的XRD图。
图4为Al、Ni/Al、AP/Al及AP/Ni/Al材料的XPS全谱。
图5为AP/Ni/Al复合材料位于820-900eV之间的Ni元素的XPS。
图6为AP/Ni/Al复合材料位于392-408eV之间的N元素的XPS峰。
图7为AP/Ni/Al复合材料位于200-210eV之间的Cl元素的XPS峰。
图8为Al的TG/DSC图。
图9为AP/Al的TG/DSC图。
图10为Ni/Al的TG/DSC图。
图11为AP/Ni/Al的TG/DSC图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
取粒径在1～5μm范围内的Ni/Al粉4g，分散于体积比1:1的二氯甲烷和乙醇的40mL混合溶液中，室温下超声30min。
取高氯酸氨(AP)4g，溶于5mL的N, N-二甲基甲酰胺溶液中，加热条件下形成过饱和溶液。
搅拌条件下，将AP的过饱和溶液缓慢滴加到含Ni/Al粉的混合溶液中，滴加完毕后，搅拌30min，并冷却沉积，用乙醇洗涤并离心。
将得到的沉淀物即AP/Ni/Al复合材料在60℃下干燥8h后进行相关测试。
实施例2
取粒径在1～5μm范围内的Ni/Al粉4g，分散于体积比0.5:1的二氯甲烷和乙醇的40mL混合溶液中，室温下超声30min。
取高氯酸氨(AP)2g，溶于5mL的N, N-二甲基甲酰胺溶液中，加热条件下形成过饱和溶液。
搅拌条件下，将AP的过饱和溶液缓慢滴加到含Al粉的混合溶液中，滴加完毕后，搅拌30min，并冷却沉积，用乙醇洗涤并离心。
将得到的沉淀物即AP/Ni/Al复合材料在60℃下干燥8h后进行相关测试。
实施例3
取粒径在1～5μm范围内的Ni/Al粉4g，分散于体积比1:2的二氯甲烷和乙醇的40mL混合溶液中，室温下超声30min。
取高氯酸氨(AP)2g，溶于5mL的N-甲基吡咯烷酮中，加热条件下形成过饱和溶液。
搅拌条件下，将AP的过饱和溶液缓慢滴加到含Al粉的混合溶液中，滴加完毕后，搅拌30min，并冷却沉积，用乙醇洗涤并离心。
将得到的沉淀物即AP/Ni/Al复合材料在60℃下干燥8h后进行相关测试。
采用实施例1相同的方法用AP包覆Al粉得到AP/Al复合材料，并进行相关测试，便于与AP/Ni/Al复合材料进行性能比较。
图1是Al粉(a)、Ni/Al粉(c)和AP包覆后的AP/Al(b)及实施例1所得AP/Ni/Al(d)复合材料的SEM图。图1中的SEM图片的比较结果说明实施例1合成了表面包覆 AP的AP/Ni/Al复合材料。图2和图3中XRD的结果显示实施例1所得沉淀物中确实含有AP、Ni、Al三种材料。图4～7中XPS进一步证实了沉淀物中存在Ni及AP，且AP的含量经过计算得到约为34.7％。从图8～11对比可知：(1)采用Ni进行修饰后得到的Ni/Al材料的放热峰相比Al的放热峰面积有增加，TG的增重结果比较显示，反应至1000℃时，Ni/Al材料相比纯Al粉可以使铝的反应效率提高约8.6％； (2)AP/Ni/Al的放热峰相比AP/Al的三个放热峰面积有大幅度提升，Ni对AP的分解和铝的氧化过程有催化作用，反应至1000℃时使纯Al的反应效率提高约 10.1％。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (1)
1.一种AP/Ni/Al复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、取Ni/Al粉分散于AP的非溶剂和乙醇的混合溶剂中，超声分散一段时间，得到Ni/Al粉悬浮溶液；
步骤二、将AP溶解于其良溶剂并加热制备成过饱和溶液，然后在搅拌下，将该过饱和溶液缓慢滴加到所述Ni/Al粉悬浮溶液中，接着冷却沉积，最后洗涤、离心、加热烘干，得到AP/Ni/Al复合材料；
所述Ni/Al粉的颗粒尺寸为1～5μm；
所述AP的非溶剂是二氯甲烷，所述混合溶剂中二氯甲烷和乙醇的体积比为0.5～2；
所述Ni/Al粉与AP的质量比为1～2；
所述良溶剂是N, N- 二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮；
Ni/Al粉是镍包覆铝所得的类似核壳型复合粉末。
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