專利名稱：納米鋁粉的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米鋁粉的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
納米鋁粉是一種高效火箭燃料催化劑，在航空航天領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。將固體推進(jìn)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(chǎn)方式主要是氮?dú)忪F化法，具體是將鋁錠熔化成鋁液，然后用高壓氮?dú)飧咚贈_擊鋁液柱，使鋁液霧化成微小液滴凝固成鋁粉。此方法生產(chǎn)的鋁粉，其粒徑較粗，具體分別在I-IOOum之間比例不等，且其中小于2微米的鋁粉占總量的不足10%。其關(guān)鍵主要決定于廠家的霧化技術(shù)，比如有的采用高壓霧化，有的采用高壓超音速霧化，后者雖然粒徑細(xì)，但平均粒徑也高達(dá)到15um。除了粒徑粗外，氧化也較嚴(yán)重，導(dǎo)致活性鋁的含量低。此外，納米鋁粉的生產(chǎn)方法主要是離子濺射法，但此法產(chǎn)量低，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種粒徑細(xì)、氧化輕、活性鋁的含量高，且產(chǎn)量高的納米鋁粉的生產(chǎn)方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種納米鋁粉的生產(chǎn)方法。制備步驟包括(I)將鋁的原材料放入高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中，檢驗(yàn)設(shè)備的氣密性合格后，對整個系統(tǒng)抽真空，然后用惰性氣體沖洗系統(tǒng)，直到系統(tǒng)內(nèi)為惰性氣氛；通過在坩堝和等離子體弧炬之間產(chǎn)生的等離子體轉(zhuǎn)移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉(zhuǎn)移弧的功率為5(Tl50KW ；(2)開始向高溫金屬蒸發(fā)器坩堝中連續(xù)進(jìn)料，進(jìn)料速率為0. 3^5. OKg/h ;在等離子體轉(zhuǎn)移弧的作用下，鋁液體變?yōu)殇X蒸汽；(3)蒸發(fā)出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻并輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內(nèi)被繼續(xù)冷卻，變成固態(tài)，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，通過氣固分離器后被冷卻到100°C以下，沉積到氣固分離器內(nèi)而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經(jīng)過冷卻后循環(huán)使用或排空。本發(fā)明步驟(I)所述的鋁原料為粒狀、小塊狀等。本發(fā)明步驟(I)所述的產(chǎn)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(yōu)選為気氣和氫氣的混合氣體。本發(fā)明高溫金屬蒸發(fā)器坩堝內(nèi)的壓力為O. 04 O. 17MPa，優(yōu)選為O. I O. 15MPa。本發(fā)明整個制備系統(tǒng)的壓力和坩堝中的壓力是一樣的，因?yàn)檎麄€氣流是相通的。本發(fā)明的高溫金屬蒸發(fā)器為專利201110119245. 2中的高溫金屬蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)如下包括用于盛放金屬塊和融化后的金屬液體的坩堝、等離子體轉(zhuǎn)移弧炬、等離子體轉(zhuǎn)移弧、石墨、電源和導(dǎo)線；所述的等離子體轉(zhuǎn)移弧炬中設(shè)有供氣體進(jìn)入的進(jìn)氣管；所述的等離子體轉(zhuǎn)移弧炬產(chǎn)生的等離子體轉(zhuǎn)移弧下端與坩堝中的金屬液面相接；所述的石墨設(shè)于坩堝的底部；所述的等離子體轉(zhuǎn)移弧炬、等離子體轉(zhuǎn)移弧、坩堝、石墨、電源和導(dǎo)線之間構(gòu)成電回路，所述的等離子體轉(zhuǎn)移弧的上方設(shè)有供金屬原料加入的進(jìn)料管。本發(fā)明納米鋁粉的生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)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(fā)器中的坩堝內(nèi)，安裝好等離子體發(fā)生裝置，并檢查整個系統(tǒng)的氣密性合格后(不漏氣)，將系統(tǒng)抽真空，充入惰性氣體(如氮?dú)?、氬氣?對系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，使系統(tǒng)內(nèi)是惰性環(huán)境；啟動等離子體發(fā)生裝置，等離子體轉(zhuǎn)移弧的電流為10(Γ1000Α，電壓為6(T200V，將鋁原料熔化成鋁液后，開始向蒸發(fā)器坩堝內(nèi)連續(xù)進(jìn)料，并保持坩堝內(nèi)的液面穩(wěn)定，鋁蒸氣持續(xù)不斷的蒸發(fā)出來，被冷卻氣體帶出高溫金屬蒸發(fā)器，進(jìn)入粒子控制器，在粒子控制器中由于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(jīng)過氣固分離器后，納米鋁粉沉積在分離器的內(nèi)壁，氣體被鼓風(fēng)機(jī)抽出分離器，然后經(jīng)冷凝器冷卻后，放空或循環(huán)使用；在生產(chǎn)過程中，進(jìn)料量為O. 3^5. OKg/h ;通過一定速率的加料及穩(wěn)定的電流電壓，使生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行；通過調(diào)節(jié)電流電壓來調(diào)節(jié)蒸發(fā)量及調(diào)節(jié)氣體的量來控制粒徑的大小和產(chǎn)量。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.本發(fā)明的納米鋁粉，其平均粒徑完全分布在O. 01 I微米，粒徑細(xì)，能完全滿足高效火箭燃料催化劑的使用要求。2.本發(fā)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(fā)明的納米鋁粉的制備方法簡單，工藝易于控制，且產(chǎn)量高，成本低。


本發(fā)明納米鋁粉制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例I、將3Kg純鋁塊放入高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中，安裝好等離子發(fā)生裝置，并檢查氣密性,抽好真空,沖入惰性氣體(氬氣)使得整個系統(tǒng)處于惰性氣體氣氛下,控制坩堝內(nèi)壓力為O. 12MPa，啟動等離子發(fā)生裝置，等離子體轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)進(jìn)料量為I. 5Kg/h，在等離子體轉(zhuǎn)移弧作用下原料加熱為鋁蒸氣，蒸發(fā)出來的鋁蒸氣被冷卻氣體(氬氣)冷卻并輸送到粒子控制器，鋁蒸汽經(jīng)冷卻氣體的冷卻，蒸汽冷凝成納米鋁粉，納米鋁粉和氣體經(jīng)過氣固分離器后，納米鋁粉沉積在氣固分離器的內(nèi)壁，氣體被鼓風(fēng)機(jī)抽出分離器，然后經(jīng)冷凝器冷卻后循環(huán)使用。生產(chǎn)的鋁粉平均粒徑為 58nm，產(chǎn)量為 I. 2Kg/h。實(shí)施例2、將3Kg純鋁塊放入高溫金屬蒸發(fā)器坩堝中，安裝好等離子發(fā)生裝置，并檢查氣密性，抽好真空，沖入惰性氣體(氬氣)使得整個系統(tǒng)處于惰性氣體氣氛下，控制坩堝內(nèi)壓力為O. 15MPa，啟動等離子發(fā)生裝置，等離子轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)進(jìn)料量為3. OKg/h，在等離子體轉(zhuǎn)移弧作用下原料加熱為鋁蒸氣，蒸發(fā)出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻并輸送到粒子控制器鋁蒸汽經(jīng)冷卻氣體的冷卻，鋁蒸汽經(jīng)冷卻氣體的冷卻，冷凝成納米鋁粉，納米鋁粉和氣體經(jīng)過氣固分離器后，納米鋁粉沉積在分離器的內(nèi)壁，氣體被鼓風(fēng)機(jī)抽出分離器， 然后經(jīng)冷凝器冷卻后循環(huán)使用。生產(chǎn)的鋁粉粒徑為 lOlnm，產(chǎn)量為 2. 6Kg/h。
權(quán)利要求
1.ー種納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于制備步驟包括 (1)將鋁的原材料放入高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中，檢驗(yàn)設(shè)備的氣密性合格后，對整個系統(tǒng)抽真空，然后用惰性氣體沖洗系統(tǒng)，直到系統(tǒng)內(nèi)為惰性氣氛；通過在坩堝和等離子體弧炬之間產(chǎn)生的等離子體轉(zhuǎn)移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉(zhuǎn)移弧的加熱功率為5(Tl50KW ； (2)開始向高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中連續(xù)進(jìn)料，進(jìn)料速率為0.3^5. OKg/h ； (3)蒸發(fā)出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻并輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內(nèi)被繼續(xù)冷卻，變成固態(tài)，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，通過氣固分離器后被冷卻到100°C以下，沉積到氣固分離器內(nèi)而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經(jīng)過冷卻后循環(huán)使用或排空。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(I)所述的鋁原料為粒狀或小塊狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(I)所述的產(chǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述的納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(I)所述的產(chǎn)生等離子體的氣體為氬氣和氫氣的混合氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于高溫金屬蒸發(fā)器坩堝內(nèi)的壓カ為0. 04 0. 17MPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米鋁粉的生產(chǎn)方法，其特征在于高溫金屬蒸發(fā)器坩堝內(nèi)的壓カ為0. I 0. 15MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開一種納米鋁粉的生產(chǎn)方法，步驟如下將鋁放入高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中，以等離子體轉(zhuǎn)移弧作為加熱源，將鋁熔化成液體；等離子體轉(zhuǎn)移弧的加熱功率為50~150KW；開始向高溫金屬蒸發(fā)器的坩堝中連續(xù)進(jìn)料，進(jìn)料速率為0.3~5.0Kg/h；蒸發(fā)出來的鋁蒸氣被冷卻氣體冷卻并輸送到粒子控制器，鋁的蒸氣在粒子控制器內(nèi)被繼續(xù)冷卻，變成固態(tài)，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，通過氣固分離器后被冷卻到100℃以下，沉積到氣固分離器內(nèi)而被收集到納米鋁粉收集器中，得到納米鋁粉末，氣體則經(jīng)過冷卻后循環(huán)使用或排空。本發(fā)明具有粒徑細(xì)、氧化輕、活性鋁的含量高，且產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者陳鋼強(qiáng), 高書娟, 趙登永 申請人:寧波廣博納米新材料股份有限公司