专利名称：一种纳米Al/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米含能复合材料的制备方法,具体涉及一种纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法。
背景技术：
金属粉因可以增加能量、提高爆热和作功能力、改善点火性能等优点，在含能材料中得到了广泛的应用。而Al粉因其高热值、相对低的耗氧量和来源广等优点，成为炸药和推进剂中首选的金属燃烧剂。研究表明，Al粉的粒度和活性对推进剂的综合性能有着较大的影响。粒径越小，其比表面积越大，比表面能越高，在宏观和微观上表现出了新的、优异的性能。因此超细Al粉，尤其是纳米Al粉在含能材料中的应用研究是当前的热点之一。国外有研究报道，在HTPB复合推进剂中加入20% Alex(ARGC)NIDE公司产品)，与同样含量的普通铝粉相比，燃烧效率可以提高70%。但随着粒径的减小也存在一些弊端，如纳米Al粉极易氧化、团聚和相容性差等。目前，用于解决纳米Al极易氧化和团聚的方法主要是对其表面进行包覆。主要包括炭包覆、过渡金属包覆、金属氧化物包覆、有机酸包覆、环氧化合物包覆等。这些包覆方法在一定程度上阻止了纳米Al的氧化，提高了纳米Al的活性，但所使用的包覆材料均非推进剂的配方成分，不仅影响其与推进剂其他组分的相容性，而且会严重制约推进剂的综合性能。因此，采用炸药和推进剂固有配方成分对纳米Al进行表面包覆被认为是提高推进剂综合性能的关键所在。黑索金(RDX)，化学名环三亚甲基三硝胺，化学式(CH2NNO2) 3，是一种性能优良的高能炸药。由于原料来源广泛，几乎不受自然资源的限制，具有威力大，猛度高，化学安定性好等优点，广泛应用于制造雷管、传爆药和导爆索。由RDX制成的混合炸药可以用于地雷、鱼雷、水雷等爆炸威力大的武器装备的装药。因其威力较大，人们形象的称之为“旋风炸药”。此外，高含量RDX的推进剂具有较高的比冲和火药力，燃烧温度低，且能够实现无烟化。如果将RDX引入含能复合材料体系，制备纳米A1/RDX复合粒子，既能有效阻止纳米Al的氧化，提高纳米Al的活性和分散性，又能改善组分之间的相容性，因此纳米A1/RDX复合粒子的制备具有极大的实用意义。杨毅等(杨毅，徐建华，罗付生，韩爱军，李凤生.火炸药学报，2002，1:29-32.)采用物理研磨法制备了 RDX/ A I超细复合粒子，并考察了不同粒径的微米Al粉对复合粒子性能的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，克服了现有方法中引入非配方成分包覆存在的潜在影响，选用推进剂的配方成分RDX对制备出的纳米Al粉原位直接进行包覆，表面RDX层有效的解决了纳米Al的极易氧化的难题，能够有效地防止纳米Al粉的氧化，提高纳米Al的活性和与推进剂其他组分的相容性。
本发明首先采用化学法制备纳米Al粉，然后采用溶剂-反溶剂法原位将RDX包覆在纳米Al的表面。利用RDX对Al粉的包覆，可解决纳米Al表面被氧化的难题；同时，RDX为配方的主成分，可改善复合粒子由应用体系中其他组分相容性问题。本发明的技术方案为:一种纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:⑴前驱物的制备:利用化学法合成AlH3.NR1R2R3前驱物；⑵纳米Al的生成:催化分解前驱物，得到纳米Al粒子；(3)纳米A1/RDX复合粒子的制备:采用溶剂-反溶剂法，原位用析出的RDX对制备出的纳米Al直接包覆，合成纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子。所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，具体的步骤为:
(1)前驱物的制备:在一定温度下，将无水AlCl3分散于有机溶剂中，在搅拌下将叔胺NR1R2R3滴加到上述分散液中，直至固态的AlCl3逐渐溶解；随后将适量的LiAlH4加入前述溶液中，继续搅拌反应，离心分离得到上层AlH3.NR1R2R3清液。总的反应方程式如下: AlCl3 + ANR1R2R3 + 3LiAlH4 — 4A1H3.NR1R2R3 + 3LiCl
(2)纳米Al粒子的制备JfAlH3.NR1R2R3溶液放入带有恒压分液漏斗的三颈烧瓶中，将RDX的饱和溶液放入恒压分液漏斗中，接入舒伦特线；惰性气氛保护下，搅拌AlH3.NR1R2R3溶液并加热到一定温度，加入四价钛盐催化剂，反应体系瞬间变黑，并伴有气体冒出，纳米Al生成。反应式如下:
权利要求
1.一种纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，包括以下步骤:(1)前驱物的制备:利用化学法合成AlH3 ^NR1R2R3前驱物；(2)纳米Al的生成:催化分解前驱物，得到纳米Al粒子；(3)纳米A1/RDX复合粒子的制备:采用溶剂-反溶剂法，原位用析出的RDX对制备出的纳米Al直接包覆，合成纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子。
2.根据权利要求1所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于，所述的方法具体步骤如下: (1)前驱物的制备: 在一定温度下，将无水AlCl3分散到有机溶剂中，搅拌状态下将叔胺NR1R2R3滴加到上述分散液中，直至固态的AlCl3溶解后将适量的LiAlH4加入到前述溶液中，继续搅拌反应，离心分离，收集上层清液，得到所需的前驱物AlH3.NR1R2R3溶液； (2)纳米Al的生成: 将AlH3.NR1R2R3溶液放入带有恒压分液漏斗的三颈烧瓶中，将RDX饱和溶液放入恒压分液漏斗中，接入舒伦特线；惰性气氛下，搅拌AlH3.NR1R2R3溶液并加热到一定温度，加入四价钛盐催化剂，纳米Al生成； (3)纳米A1/RDX复合粒子的制备: 步骤2)中纳米Al生成后，维持搅拌状态，待反应体系温度降为室温后，将恒压分液漏斗中的RDX饱和溶液滴加到三颈烧瓶中，维持搅拌，产物真空干燥，得到核-壳结构的Al/RDX复合粒子。
3.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述的一定的温度为室温-200°C。
4.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述的有机溶剂为四氯化碳、苯、乙醇、甲醇、甲苯、乙醚、氯仿、二硫化碳或乙酸甲酯。
5.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述的叔胺化合物为 N (Et) 3、N (CH3) 3、N ((CH3)2C2H5)或 N (C4H8)CH315
6.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(1)中所述的继续搅拌反应时间为2-24h。
7.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤⑵中所述的RDX饱和溶液的溶剂为丙酮、环己烷、环己酮、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺或环戊酮。
8.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的一定温度为室温-200°C。
9.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的催化剂为钛酸四异丙酯，钛酸四丁酯或四氯化钛。
10.根据权利要求2所述的纳米A1/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的RDX饱和溶液与AlH3.NR1R2R3溶液体积比为1: 100-1:1。
全文摘要
本发明涉及一种纳米Al/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法，包括三步(1)前驱物的制备利用化学法合成AlH3·NR1R2R3前驱物；(2)纳米Al的生成在一定温度下，催化分解前驱物，得到纳米Al粒子；(3)纳米Al/RDX复合粒子的制备原位采用溶剂-反溶剂法，用析出的RDX对制备出的纳米Al直接包覆，合成纳米Al/RDX核-壳结构含能复合粒子。本发明采用推进剂主成分氧化剂RDX原位对生成的纳米Al直接包覆，可有效阻止纳米Al的氧化，保持了纳米Al的活性；同时，表面的RDX为应用体系的配方组分，纳米复合粒子之间的协同效应可改善纳米Al粒子与其他组分的相容性。
文档编号B22F9/30GK103182505SQ20121058492
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月30日 优先权日2012年12月30日
发明者马振叶, 赵凤起, 徐娟, 徐司雨, 肖立柏, 仪建华, 查明霞 申请人:南京师范大学, 西安近代化学研究所