CN114143962A - Al/CuO纳米含能制品 - Google Patents

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CN114143962A CN202111450530.2A CN202111450530A CN114143962A CN 114143962 A CN114143962 A CN 114143962A CN 202111450530 A CN202111450530 A CN 202111450530A CN 114143962 A CN114143962 A CN 114143962A
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黎学明
雷颖
杨文静
谢玉婷
何苗
何银芳
龚子雯
杨磊
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B33/00—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide

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Abstract

Al/CuO纳米含能制品，包括：一侧设置有凹槽的电路板；设置在凹槽中点火桥；以及填充在凹槽中的铝热剂膜体。根据本发明的铝热剂含能制品的优点为：携带使用方便、操作简单且安全；制备的Al/CuO纳米含能薄膜附着力强且点火性能可靠；放热性能及燃烧性能优异；制备条件温和、材料成本低，可实现工业规模化生产。

Description

Al/CuO纳米含能制品
技术领域
本发明涉及一种Al/CuO纳米含能制品。
背景技术
含能制品是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物，能独立地进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，主要包括发射药、推进器、铝热剂、炸药以及烟火剂等。其中铝热剂由于具有高反应活性与高放热量等优点被广泛应用于各个领域。但粉末状的铝热剂应用于器件组装中存在点火可靠性、稳定性以及安全性等诸多问题。
因此，研发制作方法简单、条件温和、易于工艺化生产的铝热剂含能制品，提高其在点火领域的可靠性、稳定性以及安全性具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作简单、安全、易于工业化生产的铝热剂含能制品。
根据本发明所提供的含能制品包括：
一侧设置有凹槽的电路板，其中电路板具有正极接入端和负极接入端；
设置在凹槽中的正极片、负极片以及电连接二者的点火桥，其中正极片与正极接入端电连接，负极片与负极接入端电连接；以及填充在凹槽中并覆盖正极片、负极片和点火桥的铝热剂膜体，该铝热剂膜体为由纳米氧化铜和纳米铝粉分散在无水乙醇中所形成的铝热剂膏经干燥后而成。
根据本发明的含能制品，优选电路板的正极接入端和负极接入端均为两个，分布在电路板的四角。这种接入方式为含能制品的实际使用提供了足够的灵活性。
根据本发明的含能制品，氧化铜和铝粉的质量比优选为(2～4.5):1。
在进一步的优选实施例中，还可以先将二者在无水乙醇中充分进行超声混合而形成悬浮液，接下来再将悬浮液在60～80℃干燥后研磨为粉末。这种处理方式为接下来的铝热剂膏的准备提供了安全快捷的保障。
根据本发明所制备的铝热剂膏，氧化铜和铝粉二者在无水乙醇中的浓度优选为0.2～1.0g/mL。此外，将二者分散在无水乙醇中形成铝热剂膏时也可以优选使用超声分散方式。
根据本发明的含能制品，铝热剂膏的干燥温度优选为60～80℃，直至其变成固体膜。
本发明的含能制品具有以下显著优点：
携带使用方便、操作简单且安全；
制备的Al/CuO纳米含能薄膜附着力强且点火性能可靠；
放热性能及燃烧性能优异；
制备条件温和、材料成本低，可实现工业规模化生产。
附图说明
图1是根据本发明的尚未填充铝热剂的含能制品的结构示意图；
图2是根据本发明的已经填充铝热剂的含能制品的结构示意图；
图3是根据本发明的含能制品的XRD图；
图4是根据本发明的含能制品的DSC放热曲线；
图5是高速摄像机记录的根据本发明的含能制品的点火过程。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的含能制品包括基板1和在其一侧上形成的凹槽3。凹槽3中设置有正极片4、负极片6以及电连接二者的点火桥5。基板1构造成电路板2形式，其四角附近以及围绕凹槽3分别设置有相互连接的负极接线端C1和正极接线端C2。正极片4与正极接线端C2电连接，负极片6与负极接线端C1电连接。
图2示出了将铝热剂膜体F填充在图1所示的凹槽3之后的示意图。如图2所示，铝热剂膜体F已经将正极片4、负极片6和点火桥5完全覆盖。如下所述，铝热剂膜体F为由纳米氧化铜和纳米铝粉分散在无水乙醇中所形成的铝热剂膏填充在凹槽3中并经干燥后而成。
铝热剂膜体的填充制备
步骤1：称取0.252g纳米铝粉和0.748g纳米氧化铜(当量比为1.5)溶于15mL无水乙醇中，超声30min，充分混合均匀后得到Al/CuO悬浮液；
步骤2：将上述得到的Al/CuO悬浮液60℃干燥15h得到Al/CuO纳米复合含能材料，研磨备用；
步骤3：称取0.1g Al/CuO纳米复合含能材料，加入0.2mL无水乙醇超声分散，得到质量浓度为0.5g/mL的铝热剂膏；
步骤4：将铝热剂膏填充在电路板2的凹槽3中，将正极片4、负极片6和点火桥5完全覆盖后于80℃干燥5min，得到铝热剂固体膜(如图2所示)。
对得到的铝热剂制品(Al/CuO纳米含能薄膜)进行表征，结果见图3-5。图3为其XRD图，从图中可以看出Al和CuO的衍射峰明显，且没有除Al和CuO以外的其他物质的杂峰，表明纳米CuO和铝粉在制备过程中未发生反应。图4是其DSC放热曲线，升温范围为室温至1200℃，升温速率为20℃/min，Ar气氛。如图DSC曲线出现两个放热峰，第一个放热峰在599℃左右，该反应起始温度在545℃左右，低于Al的熔点(660℃)，这表明第一个放热峰是由纳米Al与CuO的铝热反应所引起，属于固-固相反应；第二个放热峰在776℃左右，该峰是由熔化后的Al与CuO发生反应所引起，属于液-固相反应，两个反应的总放热量为1349.4J/g。图5是高速摄像机记录的点火过程。通过恒定电流(1.00A)加热点火桥后，Al/CuO纳米含能薄膜产生明亮耀眼的放射性火焰，并伴随强烈的爆鸣声，燃烧过程剧烈，表明本发明的含能制品具有较好的燃烧性能。
另外，根据本发明制备的含能薄膜表面光滑无裂缝，与点火桥接触紧密，保障了点火的可靠性和稳定性。此外，通过从高处连续多次抛下所制备的含能制品，发现薄膜表面无明显变化，表明薄膜的致密性和附着力良好，且燃烧性能未受影响。

Claims (5)

1.一种含能制品，包括：
一侧设置有凹槽的电路板，其中电路板具有正极接入端和负极接入端；
设置在凹槽中的正极片、负极片以及电连接二者的点火桥，其中正极片与正极接入端电连接，负极片与负极接入端电连接；以及填充在凹槽中并覆盖正极片、负极片和点火桥的铝热剂膜体，该铝热剂膜体为由纳米氧化铜和纳米铝粉分散在无水乙醇中所形成的铝热剂膏经干燥后而成。
2.根据权利要求1所述的含能制品，其中电路板的正极接入端和负极接入端均为两个，分布在电路板的四角。
3.根据权利要求1所述的含能制品，其中氧化铜和铝粉的质量比为(2～4.5):1。
4.根据权利要求3所述的含能制品，其中氧化铜和铝粉二者在无水乙醇中的浓度为0.2～1.0g/mL。
5.根据权利要求1所述的含能制品，其中铝热剂膏的干燥温度为60～80℃。
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