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              不經過包覆處理的超細鋁粉,都不是好燃料!
              2020年09月27日 發布 分類:技術前沿 點擊量:882
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              從熱力學觀點上看,在元素周期表中左上角部分的原子量小的金屬氧化時,都可以獲得高的燃燒熱。在這個群體中,Al是比較典型的代表,它的單位質量燃燒熱大于汽油和氫單質,而且相對安全和容易制得,因此被認為可以作為重要的能量組分在現代固體推進劑中得到應用。

              超細鋁粉

              固體推進劑是固體火箭發動機的動力源用材料

              為了提高金屬Al的反應活性,以改善其點火和燃燒性能,細化處理是必不可少的。然而即使將Al粉都加工到微米級水平,在實際應用中它的使用效果卻很有可能不能達到理論計算水平——這主要是因為超細Al暴露在外的表面原子十分容易與氧(如與水或空氣接觸)結合而被氧化,而且在某些條件下,超細Al粉在點火前會發生團聚,引發聚集、團聚或結塊等現象,從而導致金屬的不完全燃燒和兩相流損失,使比沖降低。

              超細鋁粉

              為了解決上述問題對這種Al粉進行表面包覆一種有效途徑一方面能夠Al粉進行保護,防止 Al粉表面的氧化另一方面通過表面處理,也能降低Al粉的點火溫度和改善Al粉的燃燒性能。

              鋁粉的包覆處理

              Al粉的包覆處理可采用多種物質,表面包覆劑可以是有機物也可以是無機物,按其是否與Al粉發生反應,可分為惰性處理劑和非惰性處理劑兩種,其分類如下圖

              超細鋁粉

              1)有機物包覆

              采用有機物對Al粉表面進行包覆處理,包覆劑可以在Al粉表面形成有機物的薄膜層。如采用石蠟對Al粉進行包覆,可在Al粉表面形成惰性的石蠟膜層,稱之為惰性包覆而采用硬脂酸對Al粉進行處理,硬脂酸與Al粉發生反應,在其表面生成Al的硬脂酸鹽膜層,稱之為非惰性包覆處理。這些薄膜層的存在能有效的隔絕Al粉與空氣的接觸,防止Al粉氧化,從而達到有效保護Al粉的目的。

              超細鋁粉

              包覆前后的Al

              2)無機物處理

              采用無機物對Al粉進行包覆處理,是改善Al粉性能的另一種有效途徑。它可采用N2Ar等惰性氣體吸附于Al粉表面,起到保護Al粉不被氧化的作用。也可采用米粒子在Al粉表面形成納米膜層,保護內部的Al不被氧化,如采用化學鍍的方法在Al粉表面形成CuNi等納米膜層,該膜層不僅能起到保護Al粉的作用,還可在常規推進劑中起到一定的催化劑的作用,這兩種方法中保護層形成時包覆劑不與Al粉發生明顯的化學發應,是一種惰性的包覆處理。而有些物質能與AlAl表面Al2O3反應生成新的無機物膜層,利用AlAl2O3在高溫條件下與碳的反應,可以在Al顆粒表面生成Al4C3膜層從而提高Al粉的抗氧化能力。

              3)多層包覆

              Al粉在多個領域有著廣泛的應用,對其進行簡單的單層包覆往往不能達到實際應用的要求,因此需采用不同的方法和包覆劑對其進行雙層或多層的包覆處理。例如德國艾卡公司的Al粉顏料采用二氧化硅進行包覆再經一層有機物進一步包覆處理。Al片被包裹起來后單個的粒子也就被完全包封,從而阻止Al與外界的反應。

              總結

              鋁粉表面改性可改善鋁粉的點火及燃燒,是改善鋁粉燃燒效率的主要途徑,因此是固體推進劑領域的研究熱點。除此之外,調節鋁粉、AP、硝胺和粘合劑等組分的含量及規格,也可改善推進劑的微觀結構和鋁粉燃燒的氣氛環境等,有助于改善鋁粉團聚程度。

              資料來源:

              鎂(鋁)金屬粉的改性及其在金屬/水反應推進劑中的應用研究,劉冠鵬。

              粉體圈整理


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