Способ активации нанопорошка алюминия

Изобретение относится к активации нанопорошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки, и может быть использовано при приготовлении твердых ракетных топлив, пиротехнических составов, интерметаллидов алюминия и порошковых сплавов. Пассиваируют нанопорошок алюминия воздухом, содержащим пары воды, затем пассивированный нанопорошок алюминия нагревают до 300-400°C в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°C/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин. Обеспечивается повышение теплового эффекта окисления. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к специальной обработке для улучшения свойств нанопорошков алюминия, и может быть использовано при приготовлении твердых ракетных топлив, пиротехнических составов, интерметаллидов алюминия и порошковых сплавов.

Известен способ получения нанопорошка металла с повышенной запасенной энергией [RU 2535109 С2, МПК B22F 1/00 (2006.01), B82Y 40/00 (2011.01), опубл. 10.12.2014], включающий облучение образца нанопорошка металла потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме с обеспечением положительного заряда внутренней части наночастицы металла, при этом облучению подвергают образец нанопорошка металла, толщина которого не превышает длину пробега электронов.

Недостатками этого способа является использование дорогостоящего оборудования - ускорителя электронов и опасность облучения персонала при проведении процессов по активации нанопорошков.

Известен способ активации порошков алюминия [RU 2086355 С1, МПК6 B22F 1/00, опубл. 10.08.1997], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что порошки алюминия, полученные методом электрического взрыва проволок, погружают в органические растворители и выдерживают в них в течение 5-24 ч. Молекулы органических растворителей проникают в объемы частиц порошка алюминия и разрушают их до субфрагментов (эффект Ребиндера), которые вследствие этого имеют более высокую химическую активность, но их способность к самоспеканию в значительной степени блокирована адсорбированными молекулами органических растворителей.

Недостатками такого способа являются использование органических растворителей и необходимость обработки ими в течение длительного времени.

Предлагаемое изобретение позволяет решить техническую проблему активации нанопорошка алюминия, полученного в условиях электрического взрыва алюминиевого проводника, путем повышения запасенной энергии в нем.

В предложенном способа активации нанопорошка алюминия, также как в прототипе, используют порошок, полученный электрическим взрывом алюминиевой проволоки.

Согласно изобретению порошок алюминия, пассивированный малыми добавками воздуха, нагревают до 300-400°С в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°С/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин.

Причиной повышения запасенной энергии является накопление молекулярного водорода в межкристаллитных промежутках (на границах кристаллитов) в процессе пассивирования нанопорошка алюминия малыми добавками воздуха, содержащего пары воды. Основной окислитель алюминия - вода, содержащаяся в воздухе: после адсорбции на поверхности наночастицы вода диссоциирует на Н+ и OH-. Протоны, благодаря малому диаметру, проникают через слой оксида и окисляют алюминий, переходя в атомы и молекулы водорода, которые накапливаются в межкристаллитном пространстве. При нагревании до 300-400°С происходит расширение газа в 2,25 раз и разрушение кристаллитов до величины кристаллитов-кластеров. В результате разрушения увеличивается величина площади удельной поверхности кластеров и происходит запасание энергии нанопорошком, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа (фиг. 1): размер областей когерентного рассеяния (кластеров) в отожженном при температуре 300°С образце уменьшился в 1,54 раз (с 23,7 нм до 15,3 нм) в сравнении с исходным порошком алюминия. Накопление большого количества водорода (1,5 мас. %) на границах раздела кристаллитов приводит к разрушению наночастиц и активации порошка.

На фиг. 1 представлена дифрактограмма исходного нанопорошка алюминия и нанопорошка алюминия после активации отжигом.

На фиг. 2 представлена термограмма электровзрывного нанопорошка алюминия до прогревания, где кривая 1 отражает динамику изменения веса при нагревании, кривая 2 отражает температуру при проведении термоанализа, кривая 3 - разность температур между образцом и эталоном прибора (α-Al2O3), кривая 4 - тепловой поток при нагревании.

На фиг. 3 приведена термограмма электровзрывного нанопорошка алюминия после изотермического нагрева в воздухе при температуре 400°С со скоростью нагрева 20°С/мин в течение 30 мин, где кривая 1 отражает изменение веса образца при нагревании, кривая 2 указывает температуру в ячейке термоанализатора при проведении термоанализа, кривая 3 - разность температур между образцом и эталоном прибора (а-Al2O3), кривая 4 - тепловой поток при нагревании.

В таблице приведены примеры параметров результатов активации нанопорошка алюминия.

Был использован электровзрывной нанопорошок алюминия, пассивированный малыми добавками воздуха марки Alex, с площадью удельной поверхности 14 м2/г и содержанием металлического алюминия 91 мас. %. Образцы нанопорошка по 1 г нагревали в сушильном шкафу SNOL 67/350Н с регулятором температуры РПН-4 со скоростью нагрева 2°-30°С/мин до соответствующей температуры (таблица 1) и выдерживали при этой температуре в течение 30 мин. После охлаждения до комнатной температуры образцы прогретого нанопорошка подвергали дифференциальному термическому анализу (термоанализатор SDT Q 600) и рентгеноструктурному анализу (дифрактометр Shimadzu XRD 7000, картотека PDF 4+).

Согласно полученным данным, относительно исходного образца нанопорошка (табл. 1, образец №0, фиг. 2), прогрев при 100° и 200°С дает прирост энергии менее 1% (табл. 1, образцы №1, 2). При повышении температуры до 300°С тепловой эффект возрос на 46% с небольшим ростом после прогрева при 400°С (фиг. 3 и табл. 1, образец №7). Дальнейший рост температуры прогрева приводит к окислению нанопорошка алюминия, т.е. такой прогрев не приводит к реализации технического эффекта (табл. 1, образцы №10, 11).

До температуры прогрева 300°С образцы по 1 г нанопорошка алюминия нагревали с различной скоростью: от 2 до 30°С/мин (табл. 1, образцы №3-8). Установлено (табл. 1, образцы №4, 5), что при скорости нагрева 5 и 10°С/мин максимальный прирост энергии равен 1,0%. Нагрев со скоростью 10°С/мин привел к повышению энергии на 46%, а рост скорости нагрева до 30°С/мин (табл. 1, образец №8) повысил энергию при окислении нанопорошка алюминия лишь на 0,03% в сравнении с энергией образца, нагретого со скоростью 20°С/мин (табл. 1, образец №7), то есть увеличение скорости нагрева выше 20°С/мин не приводит к значительной активации нанопорошка алюминия.

Способ активации нанопорошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки, отличающийся тем, что проводят пассивацию нанопорошка алюминия воздухом, содержащим пары воды, затем пассивированный нанопорошок алюминия нагревают до 300-400°C в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°C/мин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения нанокристаллических композиционных материалов, содержащих полупроводниковые и металлические наночастицы, и может быть использовано в оптоэлектронике и наноэлектронике в качестве переключателей сопротивления и энергонезависимых устройствах памяти.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композиционных материалов на основе эпоксидных смол, клеевых составов, получении суперконденсаторов.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения фармацевтических композиций на основе полимерных наночастиц методом микрофлюидной технологии.

Использование: для получения диссипативных структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения диссипативной структуры в аморфной пленке в виде нанотонких кристаллов с упругим ротационным искривлением решетки включает нагревание и последующее охлаждение, где предварительно на подложку из слюды путем вакуумного напыления наносят слой аморфного углерода толщиной не более 25 нм с использованием в качестве источника углерода углеродного стержня, затем - слой аморфного селена толщиной не более 80 нм с использованием в качестве источника селена порошкообразного селена, затем - снова слой аморфного углерода толщиной не более 25 нм, и осуществляют термоградиентную обработку путем нагрева нижней поверхности подложки в интервале температур 373-463 K в течение 30-180 с, а затем осуществляют охлаждение путем закалки на воздухе.

Изобретение относится к области биотехнологии и молекулярной биологии, конкретно к способу внутриклеточной доставки активных веществ, и может быть использовано в медицине.

Изобретение может быть использовано для установления подлинности или верификации взрывчатых веществ, ценных бумаг, дорогостоящего оборудования, ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано в системах магнитной записи информации, органической электронике, медицине, при создании ионообменных материалов, компонентов электронной техники, солнечных батарей, дисплеев, перезаряжаемых батарей, сенсоров и биосенсоров.

Изобретение относится к области создания электроактивных полимеров - N-замещенных полианилинов (ПАНИ) и гибридных наноматериалов на основе этих полимеров и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), которые могут быть использованы для получения высокоэффективных электродных материалов для химических источников тока и суперконденсаторов.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности.
Изобретение относится к способам переработки отходов рисового производства в автоматических установках для получения высокочистого аморфизованного продукта, являющегося сырьем для применения в резиновых изделиях и шинной промышленности.

Изобретение относится к получению нанокомпозиционных порошковых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В качестве исходного материала выбирают наноразмерный порошок аэросила (SiO2) с удельной поверхностью 350-380 м2/г, который сушат в вакууме в течение 1-3 ч.

Изобретение относится к получению металлических порошков и может найти применение, в частности, в пиротехнике и химической технологии. В способе дезагрегирования порошка натриетермического циркония осуществляют обработку агрегированного порошка путем перемешивания в среде с водородным показателем рН>7 с получением диспергированного порошка, который затем отмывают до нейтрального значения водородного показателя среды.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения металлического порошка включает выбор исходного сырья и его измельчение с контролем удельной поверхности полученного порошка, при этом определяют удельную поверхность исходного сырья, а выбор сырья и его измельчение производят в соответствии с условием: , где Sуд.с - удельная поверхность исходного сырья (м2/г), Sуд.п - удельная поверхность полученного порошка (м2/г).

Изобретение относится к получению железных спеченных изделий. Шихта содержит 10,0-12,0 мас.

Изобретение относится к получению сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наночастицами серебра. Способ включает импрегнирование СВМПЭ органическим раствором наносеребра.
Изобретение относится к получению стального порошка с пониженным содержанием кислорода. Способ включает термообработку стального порошка при температуре 900-1200°С в среде водорода и охлаждение в среде аргона.

Группа изобретений относится к изготовлению деталей спеканием. Порошковая смесь на основе железа состоит из порошка А на основе железа и порошка В на основе железа при соотношении от 90:10 до 50:50, 0,4-0,9 мас.% С, 0,1-1,2 мас.% смазки, выбранной из группы, включающей Lube, Kenolube и парафины группы EBS, и 0,1-1,5 мас.% твердой смазки.

Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к процессу термодиффузионного цинкования стальных изделий в порошковых смесях. Порошковая смесь содержит 45-50 мас.% цинкового порошка, 5-7 мас.% активатора и остальное - инертный наполнитель.

Изобретение относится к электротехнической области и может быть использовано в аккумуляторных батареях транспортных и космических систем с улучшенными удельными характеристиками.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении производительности.

Изобретение относится к получению порошка титана. Способ включает механическую обработку порошка титана в водоохлаждаемой планетарной шаровой мельнице в инертной атмосфере аргона. Используют порошок чистого титана марки ПТОМ-2. Обработку порошка ведут с активацией поверхности частиц порошка при ускорении шаров от 100 до 600 м/с2 в течение не менее 5 минут. Обеспечивается получение квазисферических частиц порошка титана. 3 ил.

Изобретение относится к активации нанопорошка алюминия, полученного электрическим взрывом алюминиевой проволоки, и может быть использовано при приготовлении твердых ракетных топлив, пиротехнических составов, интерметаллидов алюминия и порошковых сплавов. Пассиваируют нанопорошок алюминия воздухом, содержащим пары воды, затем пассивированный нанопорошок алюминия нагревают до 300-400°C в атмосфере воздуха со скоростью нагрева от 10 до 30°Cмин и выдерживают при этой температуре в течение 30 мин. Обеспечивается повышение теплового эффекта окисления. 3 ил., 1 табл.

Наверх