一种三氢化铝的表面缺陷改善方法及其应用与流程

本发明涉及一种三氢化铝的表面缺陷改善方法及其应用，属于含能材料表面改性和性能提升。

背景技术：

1、三氢化铝是一种相对高含氢量的轻金属氢化物，其密度为1.48 g/cm3，含氢量达10.08%，其储氢密度为148 g/l，是液氢70.8 g/l的两倍，而且毒性小，与铝粉相比，具有更高的燃烧热值，是一种理想的固体推进剂燃料。然而，在工程应用时发现，直接将合成得到的三氢化铝应用于高能固体推进剂配方中，推进剂药浆的撞击感度极为敏感。以gap/硝酸酯/ap/hmx/al高能推进剂体系为例，在配方中使用未经处理的三氢化铝取代al粉时，推进剂药浆的撞击感度由15~20 j恶化至3~5 j，极大地增加了该推进剂配方研制和使用安全风险，无法满足工程化应用要求。

2、研究发现，推进剂药浆的撞击感度较高是由三氢化铝与硝酸酯的相互作用导致的，其中，三氢化铝的表面形貌对药浆撞击感度的影响尤为显著，宏观晶体结构越规整、内部缺陷越少、表面结构越致密，推进剂药浆的撞击感度越低。因此，若能实现三氢化铝表面缺陷的修复，使其更致密化，将有助于解决三氢化铝在高能固体推进剂配方中药浆撞击感度偏高问题，意义重大。受限于三氢化铝的表面特性，难以实现直接致密性包覆修复。

3、中国专利，申请号202011073319.9，名称：一种α-alh3-pvdf双壳层结构复合物、制备方法及应用，公开了一种通过构筑双壳层结构提升三氢化铝热稳定性的方法，该专利首先采用稀盐酸对α-alh3进行预处理，在其表面构筑一层al2o3氧化层，再通过pvdf材料进行包覆，实现双壳层复合材料的制备。从实验效果分析，该专利仅仅只是提高了α-alh3的热稳定性，并未探讨对固体推进剂药浆成药性能和药浆撞击感度性能的提升效果，即该专利研究的出发点是以解决α-alh3原材料自身的热稳定性为目的，因此亟待提出一种以解决实际配方应用的成药性和安全性为目的，显著改善固体推进剂药浆的撞击感度技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种三氢化铝的表面缺陷改善方法及其应用，首先通过强酸刻蚀对三氢化铝进行表面改性，再采用表面包覆剂对三氢化铝的表面缺陷进行包覆修复，该方法不仅保持了三氢化铝自身晶型结构的完整性，而且使得三氢化铝复合材料自身理化性能均明显提升，作为固体推进剂燃料，可以显著改善固体推进剂药浆的撞击感度。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种三氢化铝的表面缺陷改善方法，包括如下步骤：

4、（1）、在搅拌条件下，将高浓度强酸缓慢加入装有水的反应容器中，待所述高浓度强酸加完后继续搅拌，得到酸刻蚀液；

5、（2）、向所述酸刻蚀液中加入三氢化铝，在搅拌条件下进行反应，之后经过滤，洗涤，真空干燥，得到三氢化铝预制品；

6、（3）、将包覆剂加入第一溶剂中，超声或搅拌至完全溶解，过滤后得到包覆剂溶液；

7、（4）、将所述三氢化铝预制品置于反应容器中，加入第二溶剂并搅拌至均匀分散，得到三氢化铝预制品分散液；

8、（5）、向所述三氢化铝预制品分散液中缓慢滴加所述包覆剂溶液，滴加结束后，继续反应一段时间，经过滤，洗涤，真空干燥，所得表面缺陷改善后的三氢化铝复合材料。

9、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（1）中的高浓度强酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或氢氟酸中的一种或几种。

10、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述浓硝酸的质量浓度为68%及以上，所述浓硫酸的质量浓度为98%及以上，所述浓盐酸的质量浓度为37%及以上，所述氢氟酸的质量浓度为40%及以上。

11、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（1）中待高浓度强酸加完后继续搅拌5~20min；高浓度强酸加入蒸馏水中的速度为5~10ml/min。

12、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（1）中得到的酸刻蚀液的浓度为0.01~0.20mol/l。

13、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（2）中的反应温度为0~45°c，反应时间为1~5min。

14、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（2）中酸刻蚀液的用量为5~20ml酸刻蚀液/1g三氢化铝。

15、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（2）中洗涤溶剂为蒸馏水、甲醇、丙酮、乙醇或乙醚中的一种或几种，洗涤次数为3~6次；所述步骤（2）中干燥温度为30~50°c，干燥时间为48~96h。

16、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（3）中包覆剂为玉米朊或含氟偶联剂中的一种或组合；所述包覆剂溶液的浓度为0.5~5mg/ml。

17、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（3）中的第一溶剂为二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺中的一种或组合。

18、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（4）中的第二溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮或乙酸乙酯中的一种或组合。

19、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，其特征在于：所述第二溶剂的体积为第一溶剂体积的4~8倍。

20、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，所述步骤（5）中包覆剂溶液的滴加速度为3~5ml/min；所述步骤（5）中的反应温度为15~35°c，反应时间为2~8h。

21、在上述三氢化铝的表面缺陷改善方法中，步骤（5）中的洗涤溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮或乙酸乙酯中的一种或组合；洗涤次数为2~5次；所述步骤（5）中的干燥温度为30~50°c，干燥时间为48~96h。

22、一种三氢化铝，采用上述表面缺陷改善方法得到。

23、上述三氢化铝作为燃料在固体推进剂中的应用。

24、本发明与现有技术相比至少包含如下有益效果：

25、（1）、本发明实施例提供一种三氢化铝的表面缺陷改善方法，该方法首先将含有明显表面缺陷的三氢化铝产物通过强酸表面刻蚀预处理，再选取包覆剂对刻蚀后的三氢化铝进行表面包覆处理，所得产物即为表面缺陷改善后的三氢化铝复合材料，该方法得到的三氢化铝复合材料表面缺陷明显减少，修复改善效果明显，其仍保持着三氢化铝初始晶型结构的完整性，且可显著改善三氢化铝高能固体推进剂药浆的撞击感度（撞击感度数值可从3.8j提高到8.9j），在高能固体推进剂中应用潜力巨大。

26、（2）、本发明实施例提供一种三氢化铝的表面缺陷改善方法，该方法通过对三氢化铝进行先表面酸刻蚀预处理后表面包覆，实现了三氢化铝复合材料表面缺陷的修复改善，该方法得到的三氢化铝复合材料可保持三氢化铝自身晶型结构的完整性，并且该方法得到表面缺陷修复改善后的三氢化铝复合材料，其自身理化性能均得到明显提升。

1.一种三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于，所述步骤（1）中的高浓度强酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸或氢氟酸中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于，所述浓硝酸的质量浓度为68%及以上，所述浓硫酸的质量浓度为98%及以上，所述浓盐酸的质量浓度为37%及以上，所述氢氟酸的质量浓度为40%及以上。

4.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（1）中待高浓度强酸加完后继续搅拌5~20min；高浓度强酸加入蒸馏水中的速度为5~10ml/min。

5.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（1）中得到的酸刻蚀液的浓度为0.01~0.20mol/l。

6.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（2）中的反应温度为0~45°c，反应时间为1~5min。

7.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（2）中酸刻蚀液的用量为5~20ml酸刻蚀液/1g三氢化铝。

8.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（2）中洗涤溶剂为蒸馏水、甲醇、丙酮、乙醇或乙醚中的一种或几种，洗涤次数为3~6次；

9.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（3）中包覆剂为玉米朊或含氟偶联剂中的一种或组合；

10.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（3）中的第一溶剂为二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺中的一种或组合。

11.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（4）中的第二溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮或乙酸乙酯中的一种或组合。

12.根据权利要求1、10或11任一项所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述第二溶剂的体积为第一溶剂体积的4~8倍。

13.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：所述步骤（5）中包覆剂溶液的滴加速度为3~5ml/min；

14.根据权利要求1所述的三氢化铝的表面缺陷改善方法，其特征在于：步骤（5）中的洗涤溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、二氯甲烷、丙酮或乙酸乙酯中的一种或组合；洗涤次数为2~5次；

15.一种三氢化铝，其特征在于，采用权利要求1~14任一项所述的表面缺陷改善方法得到。

16.权利要求15所述的三氢化铝作为燃料在固体推进剂中的应用。