納米鋁粉的生產方法

2023-07-02 22:07:41

專利名稱：納米鋁粉的生產方法
技術領域：
本發明涉及納米材料技術領域，具體涉及一種納米鋁粉的生產方法。
背景技術：
納米鋁粉是一種高效火箭燃料催化劑，在航空航天領域有著重要應用。將固體推進劑配方中的鋁粉換成納米鋁粉，可改變其燃燒性能和爆熱值。納米鋁粉活性極高，與空氣接觸即刻氧化。目前鋁粉的生產方式主要是氮氣霧化法，具體是將鋁錠熔化成鋁液，然後用高壓氮氣高速衝擊鋁液柱，使鋁液霧化成微小液滴凝固成鋁粉。此方法生產的鋁粉，其粒徑較粗，具體分別在I-IOOum之間比例不等，且其中小於2微米的鋁粉佔總量的不足10%。其關鍵主要決定於廠家的霧化技術，比如有的採用高壓霧化，有的採用高壓超音速霧化，後者雖然粒徑細，但平均粒徑也高達到15um。除了粒徑粗外，氧化也較嚴重，導致活性鋁的含量低。此外，納米鋁粉的生產方法主要是離子濺射法，但此法產量低，成本高。

發明內容
本發明針對現有技術的上述不足，提供一種粒徑細、氧化輕、活性鋁的含量高，且產量高的納米鋁粉的生產方法。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種納米鋁粉的生產方法。製備步驟包括(I)將鋁的原材料放入高溫金屬蒸發器的坩堝中，檢驗設備的氣密性合格後，對整個系統抽真空，然後用惰性氣體衝洗系統，直到系統內為惰性氣氛；通過在坩堝和等離子體弧炬之間產生的等離子體轉移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉移弧的功率為5(Tl50KW ；(2)開始向高溫金屬蒸發器坩堝中連續進料，進料速率為0. 3^5. OKg/h ;在等離子體轉移弧的作用下，鋁液體變為鋁蒸汽；(3)蒸發出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻並輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內被繼續冷卻，變成固態，形成納米鋁粉，粒徑在 (Γιοοο納米(ο. 0Γ1微米)之間；(4)納米鋁粉在氣體的攜帶下，通過氣固分離器後被冷卻到100°C以下，沉積到氣固分離器內而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經過冷卻後循環使用或排空。本發明步驟(I)所述的鋁原料為粒狀、小塊狀等。本發明步驟(I)所述的產生等離子體的氣體為氬氣、氫氣、氦氣的一種或一種以上的混合氣體，優選為気氣和氫氣的混合氣體。本發明高溫金屬蒸發器坩堝內的壓力為O. 04 O. 17MPa，優選為O. I O. 15MPa。本發明整個製備系統的壓力和坩堝中的壓力是一樣的，因為整個氣流是相通的。本發明的高溫金屬蒸發器為專利201110119245. 2中的高溫金屬蒸發器，該蒸發器結構如下包括用於盛放金屬塊和融化後的金屬液體的坩堝、等離子體轉移弧炬、等離子體轉移弧、石墨、電源和導線；所述的等離子體轉移弧炬中設有供氣體進入的進氣管；所述的等離子體轉移弧炬產生的等離子體轉移弧下端與坩堝中的金屬液面相接；所述的石墨設於坩堝的底部；所述的等離子體轉移弧炬、等離子體轉移弧、坩堝、石墨、電源和導線之間構成電迴路，所述的等離子體轉移弧的上方設有供金屬原料加入的進料管。本發明納米鋁粉的生產方法，該生產方法的工藝流程具體描述為將高純鋁原料放入高溫金屬蒸發器中的坩堝內，安裝好等離子體發生裝置，並檢查整個系統的氣密性合格後(不漏氣)，將系統抽真空，充入惰性氣體(如氮氣、氬氣等)對系統進行衝洗，使系統內是惰性環境；啟動等離子體發生裝置，等離子體轉移弧的電流為10(Γ1000Α，電壓為6(T200V，將鋁原料熔化成鋁液後，開始向蒸發器坩堝內連續進料，並保持坩堝內的液面穩定，鋁蒸氣持續不斷的蒸發出來，被冷卻氣體帶出高溫金屬蒸發器，進入粒子控制器，在粒子控制器中由於冷卻氣體的急劇冷卻，使鋁蒸氣冷凝下來，形成納米鋁粉；納米鋁粉和氣體經過氣固分離器後，納米鋁粉沉積在分離器的內壁，氣體被鼓風機抽出分離器，然後經冷凝器冷卻後，放空或循環使用；在生產過程中，進料量為O. 3^5. OKg/h ;通過一定速率的加料及穩定的電流電壓，使生產持續穩定進行；通過調節電流電壓來調節蒸發量及調節氣體的量來控制粒徑的大小和產量。 本發明的優點和有益效果I.本發明的納米鋁粉，其平均粒徑完全分布在O. 01 I微米，粒徑細，能完全滿足高效火箭燃料催化劑的使用要求。2.本發明的納米鋁粉，不易氧化，使得其活性鋁的含量高，有效保證了納米鋁粉的使用效果。3.本發明的納米鋁粉的製備方法簡單，工藝易於控制，且產量高，成本低。


本發明納米鋁粉製備工藝流程圖。
具體實施例方式下面通過實施例詳細描述本發明，但本發明不僅僅局限於以下實施例。實施例I、將3Kg純鋁塊放入高溫金屬蒸發器的坩堝中，安裝好等離子發生裝置，並檢查氣密性,抽好真空,衝入惰性氣體(氬氣)使得整個系統處於惰性氣體氣氛下,控制坩堝內壓力為O. 12MPa，啟動等離子發生裝置，等離子體轉移弧的功率升高到70KW，鋁塊融化為金屬液體，觀察金屬液面高度，調節進料量為I. 5Kg/h，在等離子體轉移弧作用下原料加熱為鋁蒸氣，蒸發出來的鋁蒸氣被冷卻氣體(氬氣)冷卻並輸送到粒子控制器，鋁蒸汽經冷卻氣體的冷卻，蒸汽冷凝成納米鋁粉，納米鋁粉和氣體經過氣固分離器後，納米鋁粉沉積在氣固分離器的內壁，氣體被鼓風機抽出分離器，然後經冷凝器冷卻後循環使用。生產的鋁粉平均粒徑為 58nm，產量為 I. 2Kg/h。實施例2、將3Kg純鋁塊放入高溫金屬蒸發器坩堝中，安裝好等離子發生裝置，並檢查氣密性，抽好真空，衝入惰性氣體(氬氣)使得整個系統處於惰性氣體氣氛下，控制坩堝內壓力為O. 15MPa，啟動等離子發生裝置，等離子轉移弧的功率升高到90KW，鋁塊融化為金屬液體，觀察金屬液面的高度，調節進料量為3. OKg/h，在等離子體轉移弧作用下原料加熱為鋁蒸氣，蒸發出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻並輸送到粒子控制器鋁蒸汽經冷卻氣體的冷卻，鋁蒸汽經冷卻氣體的冷卻，冷凝成納米鋁粉，納米鋁粉和氣體經過氣固分離器後，納米鋁粉沉積在分離器的內壁，氣體被鼓風機抽出分離器， 然後經冷凝器冷卻後循環使用。生產的鋁粉粒徑為 lOlnm，產量為 2. 6Kg/h。
權利要求
1.ー種納米鋁粉的生產方法，其特徵在於製備步驟包括 (1)將鋁的原材料放入高溫金屬蒸發器的坩堝中，檢驗設備的氣密性合格後，對整個系統抽真空，然後用惰性氣體衝洗系統，直到系統內為惰性氣氛；通過在坩堝和等離子體弧炬之間產生的等離子體轉移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉移弧的加熱功率為5(Tl50KW ； (2)開始向高溫金屬蒸發器的坩堝中連續進料，進料速率為0.3^5. OKg/h ； (3)蒸發出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻並輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內被繼續冷卻，變成固態，形成納米鋁粉，粒徑在i(Tiooo納米之間； (4)納米鋁粉在氣體的攜帯下，通過氣固分離器後被冷卻到100°C以下，沉積到氣固分離器內而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經過冷卻後循環使用或排空。
2.根據權利要求I所述的納米鋁粉的生產方法，其特徵在於步驟(I)所述的鋁原料為粒狀或小塊狀。
3.根據權利要求I所述的納米鋁粉的生產方法，其特徵在於步驟(I)所述的產生等離子體的氣體為氬氣、氫氣、氦氣的ー種或ー種以上的混合氣體。
4.根據權利要求3所述的納米鋁粉的生產方法，其特徵在於步驟(I)所述的產生等離子體的氣體為氬氣和氫氣的混合氣體。
5.根據權利要求I所述的納米鋁粉的生產方法，其特徵在於高溫金屬蒸發器坩堝內的壓カ為0. 04 0. 17MPa0
6.根據權利要求7所述的納米鋁粉的生產方法，其特徵在於高溫金屬蒸發器坩堝內的壓カ為0. I 0. 15MPa。
全文摘要
本發明公開一種納米鋁粉的生產方法，步驟如下將鋁放入高溫金屬蒸發器的坩堝中，以等離子體轉移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉移弧的加熱功率為50~150KW；開始向高溫金屬蒸發器的坩堝中連續進料，進料速率為0.3~5.0Kg/h；蒸發出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻並輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內被繼續冷卻，變成固態，形成納米鋁粉，粒徑在10~1000納米之間；納米鋁粉在氣體的攜帶下，通過氣固分離器後被冷卻到100℃以下，沉積到氣固分離器內而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經過冷卻後循環使用或排空。本發明具有粒徑細、氧化輕、活性鋁的含量高，且產量高的優點。
文檔編號B22F9/12GK102950293SQ20121039233
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者陳鋼強, 高書娟, 趙登永 申請人:寧波廣博納米新材料股份有限公司