[发明专利]一种利用原子层沉积包覆层降低锆粉静电火花感度的方法

说明书

本发明公开了一种利用原子层沉积包覆层降低锆粉静电火花感度的方法。该气相沉积方法使两种反应前躯体交替通过反应腔，在锆粉颗粒表面发生化学反应生成无机、无机‑有机或有机包覆层。包覆层完整、均匀的覆盖了锆粉颗粒的全部外表面，其厚度在纳米尺度范围内精确可调。该方法适用于对微米、纳米或毫米级锆粉颗粒进行包覆，当包覆层厚度被控制在纳米尺度范围内时，其含量仅占体系总质量的0.1％～7.5％，对锆粉的能量影响较小。采用本发明方法包覆的锆粉，其静电火花感度较之未包覆锆粉显著降低，极大程度的提高了锆粉的安全性能。该方法自动化程度高，安全性能好，锆粉颗粒包覆完成后无需后处理即可直接使用，易于在工业上实现和推广。

技术领域

本发明涉及一种高活性金属粉表面钝化层的制备方法，具体涉及一种利用原子层沉积包覆层降低锆粉静电火花感度的方法。

背景技术

锆粉凭借密度高、体积热值高和可燃性好的特点使其在高密度推进剂、冲压发动机和限制体积的固体火箭发动机中有着广阔的应用前景。虽然锆粉具有良好的点火性能和燃烧性能，但是锆粉静电火花感度高，如果没有改性就直接在固体推进剂中使用，在生产和使用过程中都存在着一定的安全隐患。对锆粉表面进行包覆改性是降低其感度的有效方法。目前常用的粉体包覆改性方法主要包括机械化学法、相分离法、超临界法、异相凝聚法、原位聚合法、分子自组装法和喷雾干燥法等。虽然通过以上传统方法对锆粉能够取得一定的降感效果，但是此类包覆方法缺乏对过程的精确控制，完整性、均匀性差，包覆层厚度难以精确调节，易造成锆粉能量密度损失；同时此类方法后处理麻烦，需要进行大量人工操作，存在较大的安全隐患。

CN 104311375A 2015.01.28公开了一种叠氮缩水甘油醚(GAP)改性微纳米锆复合粒子的制备方法，该方法制备的Zr/GAP复合粒子静电火花感度较包覆前原料锆粉有较明显降低。南京理工大学徐志有的硕士论文(《包覆式Zr粉/聚合物复合粒子的制备与表征》，南京理工大学，2009年)中公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆锆粉复合粒子的制备方法，该方法制备的Zr/PMMA复合粒子静电火花感度较包覆前原料锆粉有小幅度降低。南京理工大学梁济元的硕士论文(《锆复合粒子的制备及其静电感度和热性能研究》，南京理工大学，2010年)中公开了一种端羟基聚丁二烯(HTPB)包覆锆粉复合粒子的制备方法，该方法制备的Zr/HTPB复合粒子其静电火花感度较包覆前原料锆粉有小幅度降低。以上公开方法的缺点是包覆过程在有机液相中完成，工艺复杂，产品需通过过滤、溶剂挥发等手段实现分离，需要大量的人工操作。此外，这些方法缺乏对包覆过程的精确控制，包覆层厚度难以实现精确调节(包覆层厚度多为微米级，很难实现纳米级薄膜的包覆)，包覆层的完整性、均匀性、致密性较差，易造成锆粉能量密度的损失。除上述缺陷外，以上包覆方法对锆粉的静电火花感度降感效果有限，锆粉的安全性能还未达到使用要求，仍需进一步改进。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种用于有效降低锆粉静电火花感度的气相沉积方法。采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition,简称ALD)技术在锆粉表面进行不同种类的无机、无机-有机或有机薄膜沉积，生成均匀、致密的包覆层，并对包覆层厚度在纳米尺度范围内精确调控。经过ALD技术包覆后锆粉的静电火花感度显著降低，使用安全性能大幅提高。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案：

一种利用原子层沉积包覆层降低锆粉静电火花感度的方法，其特征在于步骤如下：

步骤一，将锆粉颗粒置于气相原子层沉积系统反应腔内，密封反应腔，向气相原子层沉积系统内通入惰性载气并抽真空，腔内压力控制在133Pa～1000Pa范围内，温度处于35℃～400℃范围内；

步骤二，对锆粉颗粒进行原子层沉积形成包覆膜，原子层沉积生长的一个周期包括以下四个环节：

(1)向反应腔内注入第一种反应前躯体使之与锆粉发生饱和的表面化学反应并置换表面官能团；