從熱力學(xué)觀點(diǎn)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(shí)，都可以獲得高的燃燒熱。在這個(gè)群體中，Al是比較典型的代表，它的單位質(zhì)量燃燒熱大于汽油和氫單質(zhì)，而且相對(duì)安全和容易制得，因此被認(rèn)為可以作為重要的能量組分在現(xiàn)代固體推進(jìn)劑中得到應(yīng)用。
為了提高金屬Al粉的反應(yīng)活性，以改善其點(diǎn)火和燃燒性能，細(xì)化處理是必不可少的。然而即使將Al粉都加工到微米級(jí)水平，在實(shí)際應(yīng)用中它的使用效果卻很有可能不能達(dá)到理論計(jì)算水平——這主要是因?yàn)槌?xì)Al粉暴露在外的表面原子十分容易與氧(如與水或空氣接觸)結(jié)合而被氧化，而且在某些條件下，超細(xì)Al粉在點(diǎn)火前會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，引發(fā)聚集、團(tuán)聚或結(jié)塊等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致金屬的不完全燃燒和兩相流損失，使比沖降低。
為了解決上述問題，對(duì)這種Al粉進(jìn)行表面包覆是一種有效途徑，一方面能夠?qū)l粉進(jìn)行保護(hù)，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(diǎn)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(zhì)，表面包覆劑可以是有機(jī)物也可以是無(wú)機(jī)物，按其是否與Al粉發(fā)生反應(yīng)，可分為惰性處理劑和非惰性處理劑兩種，其分類如下圖。
有機(jī)物包覆
采用有機(jī)物對(duì)Al粉表面進(jìn)行包覆處理，包覆劑可以在Al粉表面形成有機(jī)物的薄膜層。如采用石蠟對(duì)Al粉進(jìn)行包覆，可在Al粉表面形成惰性的石蠟?zāi)樱Q之為惰性包覆;而采用硬脂酸對(duì)Al粉進(jìn)行處理，硬脂酸與Al粉發(fā)生反應(yīng)，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(dá)到有效保護(hù)Al粉的目的。
無(wú)機(jī)物處理
采用無(wú)機(jī)物對(duì)Al粉進(jìn)行包覆處理，是改善Al粉性能的另一種有效途徑。它可采用N2、Ar等惰性氣體吸附于Al粉表面，起到保護(hù)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(hù)內(nèi)部的Al不被氧化，如采用化學(xué)鍍的方法在Al粉表面形成Cu、Ni等納米膜層，該膜層不僅能起到保護(hù)Al粉的作用，還可在常規(guī)推進(jìn)劑中起到一定的催化劑的作用，這兩種方法中保護(hù)層形成時(shí)包覆劑不與Al粉發(fā)生明顯的化學(xué)發(fā)應(yīng)，是一種惰性的包覆處理。而有些物質(zhì)能與Al或Al表面Al2O3反應(yīng)生成新的無(wú)機(jī)物膜層，利用Al和Al2O3在高溫條件下與碳的反應(yīng)，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。
多層包覆
Al粉在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的單層包覆往往不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，因此需采用不同的方法和包覆劑對(duì)其進(jìn)行雙層或多層的包覆處理。例如德國(guó)艾卡公司的Al粉顏料采用二氧化硅進(jìn)行包覆再經(jīng)一層有機(jī)物進(jìn)一步包覆處理。Al片被包裹起來(lái)后單個(gè)的粒子也就被完全包封，從而阻止Al與外界的反應(yīng)。
鋁粉表面改性可改善鋁粉的點(diǎn)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(jìn)劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。除此之外，調(diào)節(jié)鋁粉、AP、硝胺和粘合劑等組分的含量及規(guī)格，也可改善推進(jìn)劑的微觀結(jié)構(gòu)和鋁粉燃燒的氣氛環(huán)境等，有助于改善鋁粉團(tuán)聚程度。
資料來(lái)源：鎂(鋁)金屬粉的改性及其在金屬/水反應(yīng)推進(jìn)劑中的應(yīng)用研究，劉冠鵬。
山東埃爾派粉體科技股份有限公司，專業(yè)提供電池材料，環(huán)保脫硫，建材及固廢，非金屬礦，醫(yī)藥，食品，保健品，化妝品，精細(xì)化工，顏料，染料，粉末冶金，高新材料，礦產(chǎn)等全領(lǐng)域超微粉碎及氣流分級(jí)機(jī)廠家。20年專注粉體設(shè)備，專業(yè)的品質(zhì)，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，成熟的技術(shù)。在超微粉體分級(jí)領(lǐng)域，我們有著成熟的全定制解決方案。
