阅读说明：本技术 Cu/Al复合材料及其制备方法 (Cu/Al composite material and preparation method thereof ) 是由 吕英迪 郑晓东 石强 姚冰洁 唐望 陈志强 姜俊 李洪丽 秦明娜 张彦 邱少君 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种Cu/Al复合材料及其制备方法,是为了解决现有铝粉熔点高,氧化峰温较高,放热速率较慢的问题。本发明涉及的Cu/Al复合材料,形状为球形,铝元素与铜元素质量比为4:1由单质铝和CuAl<Sub>2</Sub>两种物质组成；Cu/Al复合材料熔化温度为550℃,TPO氧化峰温为550℃与对比文献相比,分别降低了110℃和50℃,与同样条件制备的铝粉相比,放热过程集中,温度跨度由500-650℃变为500℃-600℃,放热速率提升了50％。(The invention discloses a Cu/Al composite material and a preparation method thereof, and aims to solve the problems of high melting point, high oxidation peak temperature and low heat release rate of the conventional aluminum powder. The Cu/Al composite material is spherical, and the mass ratio of aluminum element to copper element is 4:1, and the Cu/Al composite material is prepared from simple substance aluminum and CuAl 2 The two substances are composed; compared with the reference, the melting temperature of the Cu/Al composite material is 550 ℃, the oxidation peak temperature of TPO is 550 ℃, the temperature is respectively reduced by 110 ℃ and 50 ℃, compared with the aluminum powder prepared under the same conditions, the heat release process is concentrated, the temperature span is changed from 650 ℃ to 500-600 ℃, and the heat release rate is improved by 50%.)

Cu/Al复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种Cu/Al复合材料及其制备方法。

技术背景

铝粉是目前推进剂中应用最为广泛的金属燃料，粉具有密度高、燃烧热值高、耗氧量低、成本低等优良性能。应用于固体推进剂中可进一步提高推进剂的比冲、燃烧速率以及减小特征信号等性能。

铝粉的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，例如Trunov M.A.,UmbrajkarS.M.,Schoenitz M.,et al.Oxidation and melting ofaluminum nanopowders.JournalofPhysical Chemistry,2006,110(26):13094–13099.一文中指出，铝粉的燃烧过程伴随着Al₂O₃的不断生长，氧气的传质方式由气-固相反应，转变为气-液相反应，直至形成高密度高稳定相的α-Al₂O₃导致传质阻力大于传质驱动力造成反应终结。文中还指出，铝粉在第一阶段反应为气-固相反应，表现为缓慢氧化过程。从第二阶段开始，铝粉达到熔点开始融化，反应方式由气固相转变为气-液相反应，化速率增大，质量增加明显，并随着温度的升高而进一步加快，为铝粉的主要放热过程。铝粉的熔点较高为660℃，导致铝粉的放热过程主要集中在600℃附近，同时铝粉部分的能量以气固相反应方式放出，影响铝粉的放热过程的集中性以及能量输出速率。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种能降低铝粉熔点，进而降低铝粉氧化峰温提高铝粉放热过程能量输出速率的Cu/Al复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供的Cu/Al复合材料，粒度分布为150-300nm，形状为球形，铝元素与铜元素质量比为4:1，由单质铝和CuAl₂两种物质组成，Cu/Al复合材料熔化温度为550℃。

本发明的Cu/Al复合材料制备方法如下：

1、将0.35mm铝丝与0.1mm铜丝按长度比1:1的方式缠绕成复合金属丝。

2、将复合金属丝安装于充满氩气的金属丝电***装置内，控制装置内部温度为20-30℃，压强为0.15-0.25MPa，风速为2000-3000r/min。

3、在放电电压为20-30KV，电容器容量3.0-4.0μF，放电频率0.2-0.5Hz，电***长度为70-120mm的条件下完成复合材料制备。所得样品经收集后即为Cu/Al复合材料。

本发明的有益效果：

本发明涉及的Cu/Al复合材料，形状为球形，由单质铝和CuAl₂两种物质组成；Cu/Al复合材料熔化温度为550℃，TPO氧化峰温为550℃与对比文献相比，分别降低了110℃和50℃，与同样条件制备的铝粉相比，放热过程集中，温度跨度由500-650℃变为500℃-600℃，放热速率提升50％。

附图说明

图1铝粉的扫描电镜图

图2Cu/Al复合材料扫描电镜图

图3Cu/Al复合材料透射电镜图

图4Cu/Al复合材料XRD图

图5Cu/Al复合材料氩气气氛下的DSC-TG图

图6空气气氛下Cu/Al复合材料与铝粉DSC测试结果对比图

具体实施方式

下面的结合具体实施例对本发明作进一步说明，可以使本专业技术人员更全面的了解本发明，但不可以任何方式限制本发明。

本发明所涉及到的性能测试仪器及型号：

DSC-TG：取0.05g样品，测试的升温速率为20℃/min，气氛为氩气或空气。

XRD测试：取0.05g样品，以CuKα为射线源，石墨单色器，在管压为40kV，管流为100mA，扫描速率为1.5°/min的条件下测试。

SEM测试：于载物盘上粘上碳导电双面交，取少量的待测样品在胶带上，用吹气橡胶球朝载物盘径向朝外方向轻吹，以使样品均匀分布在胶带上，然后放入电镜腔中，在20kV的工作电压下进行测量。

TEM测试：取少量样品分散于无水乙醇中，超声分散5min，用带有支持膜的铜网在样品悬浮液中捞取样品，再将载有样品的铜网放在样品架上，送入观察室在300kV的工作电压下进行观察。

实施例1

1、将0.35mm铝丝与0.1mm铜丝按长度比1:1的方式缠绕成复合金属丝。

2、将复合金属丝安装于充满氩气的金属丝电***装置内，控制装置内部温度为20℃，压强为0.2MPa，风速为2500r/min。

3、在放电电压为26KV，电容器容量3.5μF，放电频率0.5Hz，电***长度为100mm的条件下完成复合材料制备。所得样品经收集后即为Cu/Al复合材料。

本发明Cu/Al复合材料性能表征：

经过SEM观察，电***制备铝粉，粒径分布为150-300nm，分散性较好，且表面光滑。Cu/Al复合材料，粒度分布约为150-300nm，通过透射电镜可以明显观察到部分颗粒表面光滑，部分颗粒表面粗糙。表明Cu/Al复合材料主要由两种物相构成。

XRD测试图谱表明，样品主要由单质铝和CuAl₂两种物相组成，没有观察到其他物相的衍射峰。

样品氩气气氛下的DSC-TG测试结果显示，在550℃有一个明显的吸热峰对应为Cu/Al复合材料样品的熔化，在其他位置无明显的吸放热现象，TG测试结果表明整个过程无增重现象发生。

空气气氛的DSC测试结果表明，Cu/Al复合材料氧化峰温为550℃，与同样条件下制备的铝粉相比降低了50℃，放热过程集中，温度跨度由500-650℃变为500℃-600℃，达到放热峰温的时间由5min缩短到2.5min，表明放热反应速率提升了50％。

本发明Cu/Al复合材料用途：

本发明的Cu/Al复合材料作为高能组分可用于固体火箭推进剂及高能***。