[发明专利]一种适用于多孔金属复合飞片电沉积的电解反应装置

说明书

本发明公开了一种适用于多孔金属复合飞片电沉积的电解反应装置，属于电化学领域。该装置包括电解槽底座、电解槽上盖、阴极基板、限位夹片、复合飞片装药腔、密封垫圈以及金属阳极，电解槽底座与电解槽上盖通过内螺纹、密封垫圈实现紧密连接，电解槽上盖内部用于盛放定量电解液；电解槽底座的固定栓设计与电极基板、限位夹片的限位孔设计相配套，可实现复合飞片装药腔的金属飞片与阴极基板电极之间的精准装配；阴极基板的并联电极设计；金属阳极设置在电解槽上盖内部电解液中，与阴极基板平行。本发明装置简单，易于控制，能够实现多个多孔金属复合飞片的批量制作，可提供高质量、高一致性的多孔金属复合飞片。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种适用于多孔金属复合飞片电沉积的电解反应装置。

背景技术

金属叠氮化物是一种性能优良的含能材料，近年来在微小型火工序列中开展了大量相关研究。其中，金属叠氮化物复合飞片设计，可利用金属叠氮化物爆炸驱动金属飞片，实现输出能量倍增目标，是当前研究关注重点。本研究小组利用纳米结构的金属叠氮化物极限起爆药量低、可实现原位生成和小尺寸装药、绿色环保等优势，在叠氮化物原位合成及器件化方面做了大量研究。已经实现不同结构金属叠氮化物起爆药的原位合成，通过在指定位置生成一定形状、厚度以及密度的金属叠氮化物起爆药层，从一定程度上改变了微小型火工品在小尺寸下装药危险和困难的现状，但是金属叠氮化物的制备工艺还有问题待解决。

多孔金属叠氮化物复合飞片的制造，是基于电化学沉积技术，以复合飞片材料为电极，在其上均匀地沉积一定厚度的多孔金属，经过气固原位叠氮化反应，多孔金属与叠氮酸气体反应生成相应的叠氮化物，从而实现叠氮多孔金属薄膜与飞片元件的有效复合。

采用电沉积方法进行多孔金属电沉积时，在阴极复合飞片上发生还原反应，即金属离子的还原和氢气的放出：

A⁺+2e＝A

2H⁺+2e＝H₂↑

其中，A⁺为某种金属的离子；A为电沉积出的金属单质；

根据法拉第定律：

M＝CQ

其中，M为析出物质的质量、Q为通过电量、C为比例常数。

在恒电流沉积时：

Q＝It

其中，I为电流强度、t为通电时间。于是沉积的质量为：

M＝CIt

目前所使用的方法多为单个依次电沉积。但是试验过程中发现单个依次电沉积速率太慢，批次间的装药量一致性不高，影响金属叠氮化物的爆轰威力。

发明内容

本发明的目的在于设计一种适用于多孔金属复合飞片电沉积的电解反应装置，克服火工药剂的前驱体在制备过程中存在的电沉积效率低，沉积量的一致性差，火工药剂批量制备可控条件有限等问题，进而实现火工药剂批量可控制备的需求。

经过前期试验结果表明，在电沉积过程中，阴极和阳极之间的相对位置对金属的沉积量有着明显的影响，电沉积量会随着阴极和阳极之间距离的增加而减小，成反比关系。

因此，本发明设计了一种适用于多孔金属复合飞片电沉积的电解反应装置，由电解槽底座1、电解槽上盖2、阴极基板3、限位夹片4、复合飞片装药腔5、密封垫圈6以及金属阳极7组成。采用该电解槽进行电沉积时，以中心点作为阳极，多个复合飞片围绕在其外围作为阴极，阴极和阳极之间相对位置对称，使得电沉积过程可同步进行，使得沉积量公式可修正为：

M＝(1/d)·CIt

其中d为阴极与阳极之间的相对距离。