一种锂内聚合金燃料、其制备方法和应用

本发明属于金属燃料领域，更具体地，涉及一种锂内聚合金燃料、其制备方法和应用。

背景技术：

1、固体推进剂作为导弹武器发动机的核心部分，其性能对导弹的作战效能有重大的影响，而固体推进剂的主要能量来源为金属燃料，因此，要提高固体推进剂的能量密度必须要改善金属燃料的性能。

2、单质铝粉因其能量密度高、价格低廉，作为金属燃料被广泛应用于固体推进剂和火炸药领域，但其在燃烧过程中仍然存在一些缺陷：铝粉表面的致密氧化铝膜导致较长的燃烧时间和较慢的燃烧速度，此外，铝粉在燃烧过程中容易结块，造成燃烧不完全、能量释放不充分。

3、锂的理论质量燃烧焓是铝的1.39倍，锂作为添加剂添加到单质铝燃料中可以有效提高其能量性能，但由于锂元素的低熔点，凝固过程中铝锂金属间化合物相存在于颗粒表面，加之锂的活性高、极易氧化，铝锂合金粉末呈现出易氧化、难以长期贮存的问题。

4、因此，需要开发一种新型的具有锂内聚和良好抗氧化特性、能量性能优异的金属燃料，以能克服现有技术的以上问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种锂内聚合金燃料、其制备方法和应用，旨在解决现有的合金燃料中铝锂合金粉末呈现出易氧化、难以长期贮存的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种锂内聚合金燃料，其包括铝、硅和锂，其中，铝用作合金燃料的基体，硅的质量占整个合金燃料总质量的0.5％～20％，硅元素用于固定锂元素并阻碍锂元素氧化。

3、进一步的，锂的质量占合金燃料总质量的0.5％～10％。

4、进一步的，硅元素和锂元素以alsili金属间化合物的形式存在于合金燃料中。

5、进一步的，其至少包括单质al相和alsili金属间化合物相。

6、进一步的，其呈规则的球形颗粒状粉末，平均粒径d50不超过50μm。

7、进一步的，其质量燃烧焓不低于31kj/g。

8、进一步的，硅的质量占整个合金燃料总质量的10％，锂的质量占整个合金燃料总质量的5％。

9、按照本发明的第二个方面，还提供制备如上所述的锂内聚合金燃料的方法，首先，采用真空电弧熔炼方式将铝、硅和锂熔炼制备成合金母材，然后，将合金母材制备成球形颗粒粉末。

10、进一步的，采用高温气雾化制粉方式将合金母材熔化后雾化，再冷凝制备成球形颗粒粉末，高温气雾化制粉方式中，利用运动的雾化气体冲击熔融的金属或合金液体以形成细小液滴，细小液滴经冷凝形成固态粉末以保持球形度。

11、按照本发明的第三个方面，还提供如上所述的锂内聚合金燃料的应用，其用作固体推进剂。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

13、有益效果：

14、本发明采用独特的配方设计，提供一种新型的具有锂内聚和良好抗氧化特性、能量性能优异的金属燃料，添加剂硅元素可以有效地内聚添加剂锂元素，降低金属燃料粉末表面的锂元素含量，阻碍锂元素和空气接触，降低其氧化速率，极大地提升金属燃料的贮存稳定性，解决了现有燃料燃烧效率低、能量释放不充分以及难以长期贮存的问题。具体的，本发明合金燃料的配方中，在金属铝中添加硅元素和锂元素，并且硅和锂均与铝结合，硅和锂以alsili金属间化合物的形式存在于金属燃料中。锂元素的添加可以提升金属燃料的整体能量水平，具体的，添加剂锂具有高含能的特性，单质锂的理论质量燃烧焓高达43100j/g，远远高于其他金属，能够极大地提高金属燃料的能量水平。锂的熔点低且易氧化，凝固过程中铝锂金属间化合物相存在于颗粒表面，导致铝锂合金粉末易氧化，很难长期贮存。而本发明提供的金属燃料中硅元素可以有效将锂元素固定在合金粉末颗粒内部，提升金属燃料的抗氧化性和贮存稳定性。

15、更进一步的，添加剂锂的质量百分比优选为金属燃料总质量的0.5～10％；所述添加剂硅的质量百分比优选为金属燃料总质量的0.5～20％，在此成分配比范围内，金属燃料既能保证合金燃料粉末的大批量制备，又充分发挥其抗氧化特性，表现出优异的能量性能。在工程实践中，锂的质量百分比优选为金属燃料总质量的5％，硅的质量百分比优选为金属燃料总质量的10％，该成分配比下的金属燃料实测质量燃烧焓不低于单质铝燃料的理论质量燃烧焓31kj/g，且能够满足大批量制粉的要求。

技术特征：

1.一种锂内聚合金燃料，其特征在于，其包括铝、硅和锂，其中，铝用作合金燃料的基体，硅的质量占整个合金燃料总质量的0.5％～20％，硅元素用于固定锂元素并阻碍锂元素氧化。

2.如权利要求1所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，锂的质量占合金燃料总质量的0.5％～10％。

3.如权利要求2所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，硅元素和锂元素以alsili金属间化合物的形式存在于合金燃料中。

4.如权利要求3所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，其至少包括单质al相和alsili金属间化合物相。

5.如权利要求1所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，其呈规则的球形颗粒状粉末，平均粒径d50不超过50μm。

6.如权利要求1所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，其质量燃烧焓不低于31kj/g。

7.如权利要求1-6任一所述的一种锂内聚合金燃料，其特征在于，硅的质量占整个合金燃料总质量的10％，锂的质量占整个合金燃料总质量的5％。

8.制备如权利要求1-7任一所述的锂内聚合金燃料的方法，其特征在于，首先，采用真空电弧熔炼方式将铝、硅和锂熔炼制备成合金母材，然后，将合金母材制备成球形颗粒粉末。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，采用高温气雾化制粉方式将合金母材熔化后雾化，再冷凝制备成球形颗粒粉末，

10.如权利要求1-7任一所述的锂内聚合金燃料的应用，其特征在于，其用作固体推进剂。

技术总结
本发明提供了一种锂内聚合金燃料、其制备方法和应用，属于金属燃料领域，包括铝、硅和锂，其中，铝用作基体，硅的质量占整个金属燃料总质量的0.5％～20％，锂的质量占整个金属燃料总质量的0.5％～10％，硅和锂均与铝结合，以AlSiLi金属间化合物的形式存在于单质Al基体中。优选地，硅的质量占整个金属燃料总质量的10％，锂的质量占整个金属燃料总质量的5％。该金属燃料面向航空航天领域，用于燃烧释能。采用超高温真空悬浮熔炼方式将铝、硅和锂熔炼制备成合金母材，然后采用高温气雾化制粉方式将合金母材制备成球形颗粒。本发明解决了现有的合金燃料中铝锂合金粉末呈现出易氧化、难以长期贮存的问题。

技术研发人员：蔡水洲,黄润恺
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7