納米鋁粉熱反應特性的TG-DSC研究①

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)

0 引言

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。……