何麗蓉,肖樂勤,菅曉霞,周偉良
(南京理工大學化工學院,南京 210094)
納米鋁粉所具有的特殊小尺寸效應和表面效應,使其相對于傳統的微米鋁粉具有更高的反應活性和能量釋放效率,在固體推進劑中添加納米鋁粉,將有利于提高推進劑的燃速,降低燃速壓強指數[1-3]。由于受制備方法、粒徑、初生氧化層厚度、儲存環境和時間等因素影響,國內外報道的納米鋁粉活性和能量釋放特性也各不相同。由于納米鋁粉活性高,即使在空氣中也極易氧化,而影響有效鋁含量和熱性能等活性參數的準確測定。通常對鈍化或穩定化的納米鋁粉進行熱分析表征,Alexander Gromov等[4]以 TG-DSC/DTA 詳細研究了不同納米鋁粉的熱性能,油酸處理的納米鋁有較低的起始氧化溫度486℃,熔點前氧化增重15%(鋁被氧化生成氧化鋁),初始氧化峰放熱4 875 J/g;硬脂酸處理的納米鋁起始氧化溫度557℃,熔點前氧化增重27%,放熱6 282 J/g;含B的納米鋁起始氧化溫度556℃,熔點前氧化增重24%,放熱6 232 J/g;Ni包覆納米鋁的起始氧化溫度565℃,熔點前增重13%;Al2O3包覆納米鋁的起始氧化溫度563℃,熔點前氧化增重9%,放熱1 884 J/g。Alexander Ilyin 等[5]研究了納米鋁粉和微米鋁粉的反應活性。結果顯示,平均粒徑分別為130、180、200、280 nm的鋁粉在空氣中的起始氧化溫度分別為540、548、555、560℃,低于鋁的熔點100℃左右,熔點前轉化率分別為50.1%、39.4%、39.9%、23.9%,轉化率指氧化為 Al2O3的 Al質量與氧化前總的Al質量之比。平均粒徑為9 μm和80 μm的鋁粉起始氧化溫度為820℃和920℃,高于鋁粉熔點,熔點前轉化率僅為2.5%和0.65%。Queen S M Kwok等[6]對平均粒徑約為90 nm鋁粉(Als)的 TGDSC研究表明,Als納米鋁粉起始氧化溫度為(430±5)℃,熔點前氧化增重(23±1)%,相當于樣品中約26%的鋁被氧化,對應的初始氧化反應熱為(5 500±200)J/g。……