[发明专利]介孔二氧化钛包覆纳米铝粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔二氧化钛包覆纳米铝粉的制备方法。所述方法先将Pluronic F127、酸性催化剂溶解在有机溶剂中，并滴加钛源，得到固化介孔TiO₂前驱体凝胶，再将前驱体凝胶分散在乙醇中，滴加甘油，加入纳米铝粉，油浴反应，退火得到介孔TiO₂包覆纳米铝粉。本发明条件温和、反应过程简单、制备成本低，适合工业化生产和批量化制备。本发明制备的介孔TiO₂包覆纳米铝粉，纳米铝粉表面包覆的介孔TiO₂可有效阻止铝粉的氧化，保持铝粉的活性；壳层可促使铝粉内核汽化、压力升高，最终壳层破裂，强化铝粉的燃烧。本发明制得的介孔TiO₂包覆纳米铝粉加入固体推进剂进行高温燃烧时，表面包覆的TiO₂对固体推进剂的燃烧具有明显的催化作用，有利于提高固体推进剂的燃烧性能。

技术领域

本发明含能材料的制备技术领域，涉及一种介孔二氧化钛包覆纳米铝粉的制备方法。

背景技术

金属铝粉是固体火箭推进剂中常用金属添加剂。添加铝粉不仅可以提高推进剂能量，还可以有效抑制火箭发动机的不稳定性（张炜,曹泰岳.铝粉颗粒燃烧及其燃烧产物凝聚成核计算研究[J].固体火箭技术,1997,20(2):43-47.）。通常在炸药和推进剂中使用的铝粉直径在30μm左右。然而，实际应用中发现，普通铝粉和微米铝粉的使用在点火前会发生团聚，引发聚集、团聚或结块等现象，从而导致铝粉的不完全燃烧和两相流损失，使比冲降低。为了提高固体推进剂的燃烧性能，纳米铝粉因其本身具有的优点，逐渐被应用于火炸药和推进剂中。但是纳米铝粉由于比表面积大，反应活性高，暴露在外的表面原子个数和比例均很大，容易被氧化，因此纳米铝粉中的表面氧化物占有一定比例。而金属氧化物在高能推进剂燃烧过程中通常不会放出能量，不利于其在高能推进剂中的应用（李凤生,杨毅,罗付生,等.纳米/微米粒子复合技术在火炸药中的应用[J].火炸药学报,2002(4).）。现有研究表明纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉，随活性铝含量的降低，纳米铝粉的燃烧热值降低，导致推进剂的爆热值降低（高东磊,张炜,朱慧,等.纳米铝粉在复合推进剂中的应用[J].固体火箭技术,2007,30(5): 420-423.）。

在固体火箭发动机燃烧的过程中，为了让复合推进剂中的铝粉在毫秒级时间内把能量充分释放出来，一种有效的手段是在纯的纳米铝粉表面包覆一层特定纳米级金属氧化物惰性薄膜，并形成完整的壳层，既可以有效地阻止纳米铝粉的进一步氧化，又可以强化铝粉的燃烧。金属氧化物通常在常温下是惰性的，而在推进剂反应的高温下，却对燃烧具有一定的催化作用。刘耀鹏等人采用溶胶凝胶法在铝颗粒表面包覆了10nm的SiO₂层（刘耀鹏,杨毅.纳米SiO₂/Al复合粒子的制备[J].化工进展,2005,24(2):178-181.）。邓国栋等人同样采用溶胶凝胶法在铝粉表面均匀包覆了一层致密的SiO₂膜，并发现该复合材料对高氯酸铵的热分解具有明显的催化作用（邓国栋,刘宏英,索莹,等.Al/SiO₂复合粒子制备及其催化性能研究[J].爆破器材,2009,38(4):8-11.）。但是采用溶胶凝胶法进行制备时，过程复杂，且产量较小、效率较低，不适合工业化生产应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种条件温和、反应过程简单的介孔二氧化钛（TiO₂）包覆纳米铝粉的制备方法。该方法采用介孔TiO₂对纳米铝粉进行表面均匀包覆，有效提高纳米铝粉的抗氧化性能，保持纳米铝粉的活性。

实现本发明目的的技术方案如下：

介孔二氧化钛包覆纳米铝粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）金属氧化物介孔TiO₂前驱体凝胶的制备

将高分子非离子表面活性剂三嵌段共聚物Pluronic F127、酸性催化剂依次均匀溶解在有机溶剂中，然后在搅拌条件下逐滴滴加钛源，之后使溶剂完全挥发，得到固化介孔TiO₂前驱体凝胶；