技术揭示：铝金属燃料的纳米尺度创新

将固体推进剂、火炸药和烟火药中的微米级金属燃料，如铝粉或硼粉用相应的纳米尺度材料（纳米铝粉）替代已成为近年来新型火箭推进剂和固体燃料设计发展的趋势。纳米尺寸颗粒在应用中有以下特点：

（1）缩短点火延滞期。

（2）降低燃烧时间，增加燃烧彻底性，进而提高比冲。

（3）高比表面积从而提升传热速率。

（4）有利于研发内含新燃料的推进剂体系，使推进剂具有理想的物理性质和能量特性。(www.xing528.com)

此外，纳米尺度材料的可控制备与性质的可调可控使其在应用上有了新的拓展，例如，作为固体燃料应用于汽车发动机［KLE 05］。

目前已研发了多种技术手段成功制备出不同性质、大小和形貌的纳米颗粒，本书重点关注纳米铝粉。纳米铝粉在工程实践中主要用于推进剂、火炸药和烟火药中的重要添加剂。铝不仅能够为体系提供适宜的高能量密度，同时铝在地壳中的含量很高，原料来源丰富，可以满足大批量生产的使用需求［STA 10，REE 12，WAN 13，DUB 07］。CL20（C6N12H6O12）燃烧焓仅为8 kJ／g（图1.1）［SIM 97］，相比之下，铝氧化成氧化铝（Al2O3）会释放出31.1 kJ／g的能量。硼（B）也是一种非常好的添加剂，B氧化为B2O3释放能量为58.9 kJ／g，但是其表面生成低熔点的氢硼氧类中间产物（HBO、HBO2），会减缓燃烧进程，从而降低能量释放速率。

图1.1　部分单分子含能材料与若干金属燃料最大燃烧焓的对比