氧化鋁殼層對納米鋁粉的熱反應(yīng)特性影響研究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)

氧化鋁殼層對納米鋁粉的熱反應(yīng)特性影響研究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)

利用氣氛保護管式爐對納米鋁粉分別進行了245℃和450℃的熱處理，得到2種不同氧化鋁殼層厚度和晶態(tài)結(jié)構(gòu)的納米鋁粉Al-245和Al-450。XRD和XPS測試結(jié)果表明，Al-245的氧化鋁殼層比Al-450薄，且殼層中的γ-Al2O3、θ-Al2O3和ε-Al2O3強度較低。相應(yīng)的HRTEM表明，Al-245和Al-450都存在明顯殼層，且Al-450有2個殼層。在TG-DSC中，氧化鋁殼層較薄的Al-245的DSC起始反應(yīng)溫度和峰溫分別為554.0℃和559.3℃，均低于Al-450的相應(yīng)溫度559.3℃和586.1℃，反應(yīng)區(qū)間更窄，(Tp-Ton)僅為5.3℃，且初始氧化放熱量4 652 J/g也遠高于Al-450的1 681 J/g。在500～660℃間，Al-245增重21.3%，高于Al-450的10.1%，且Al-245的氧化速率0.38 mg/s也明顯高于Al-450的0.033 mg/s。

納米鋁粉;氧化鋁殼層;殼層厚度;熱反應(yīng)

0 引言

納米鋁粉的能量釋放特性不同于微米鋁粉。例如，未經(jīng)鈍化處理的納米鋁粉在空氣中氧化發(fā)生自燃，納米鋁粉的起始氧化溫度比鋁的熔點低100～200℃，其反應(yīng)活性遠高于微米鋁粉等［1-4］。究其原因，除了納米鋁粉的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)外，還和納米鋁粉的氧化鋁殼層密切相關(guān)。

目前，納米鋁粉的反應(yīng)機理主要有3種:(1)擴散機理。即鋁和氧化劑通過擴散作用，透過不斷增厚的氧化鋁殼層而發(fā)生反應(yīng)。Park K［5］采用擴散機理建立的模型，擬合了納米鋁粉的反應(yīng)進程和Al→Al2O3的轉(zhuǎn)化率曲線，擬合曲線與實測結(jié)果相吻合。Puneesh Puri［6］在對含氧化鋁殼層的納米鋁粒子進行分子動力學模擬時，也觀察到鋁核中的Al在受熱時向氧化鋁殼層擴散。(2)熔化-分散機理。在快……