文 献 综 述
一、研究背景
铝粉具有银白色金属光泽，俗称铝银粉或银粉，按形状分可分为片状铝粉，球形铝粉，按用途可分为工业铝粉，涂料铝粉，易燃铝粉等，广泛应用于冶金、化工、装饰、防腐、建筑、农药、烟火、火炸药等行业[1]。1899年，德国人Escales第一次提出将铝粉加入到炸药以提高炸药的做功能力，同时也是德国人第一次将含铝炸药应用到了实战中，他们用Ammonal型炸药（配方为硝酸铵：铝粉=89:11）装填炮弹，在战斗中取得了良好的效果。而含铝炸药的优秀表现则吸引了各国科研人员投入到对其的研究中，并且很快含铝炸药就广泛的应用于各种武器的弹药装药中。研究人员发现含铝炸药之所以威力强于普通炸药的原因是因为在炸药中加入的铝粉可以提高各组分之间的接触的紧密型和表面积，从而增加爆轰反应的能量释放率。例如：近些年来备受关注的温压炸药中就添加了高活性的铝粉，在炸药爆炸时，铝粉发生氧化反应，可以迅速消耗掉空气中的氧，温压炸药爆炸可以达到高温高压和耗氧窒息的巨大毁伤效果。所以，添加铝粉的炸药成为了一个全新的研究方向[2-3]。
铝本身具有密度高，燃烧耗氧低，燃烧焓高的特点，而且来源广，成本低，产物无毒无害,高活性金属铝具有很高的体积热值（82.35MJ/L）和质量热值（30.50MJ/Kg），超细铝粉因为比表面积大，所以极易被氧化，被氧化的部分形成致密的氧化铝薄膜覆盖在铝的表面，氧化铝对能量的释放毫无贡献，而且未经处理的超细铝粉容易和环境中的气体和液体分子发生交互作用，产生表面污染层，使用失活严重的的超细铝粉甚至会引起事故[4]。所以，对超细铝粉进行一定的处理来延缓活性铝的氧化就显得尤为重要。目前，大多数的研究采用的是对铝粉表面进行包覆处理的方法[5-6]。在铝粉表面包覆一层微米或纳米级的薄膜形成具有核壳结构的复合粒子，不仅对超细铝粉起到屏蔽作用，改变铝粉的表面电荷性，功能化特性和表面化学反应特性，也可提高铝粉的耐腐蚀性和抗氧化性，提高铝粉颗粒的分散性，这对延长微/纳米铝粉的使用寿命和应用范围有重大意义[7]。对于直接包覆而言，物理包覆作用力相对较弱，聚合物直接在铝粉表面沉积，由于两者之间仅靠范德华力作用，所以作用效果相对较弱，聚合物容易从铝粉表面脱落；化学包覆的方法作用力相对较强，铝粉和包覆物之间通过化学反应形成化学键，从而形成包覆层，但由于聚合物和铝粉两者之间兼容性很差，所以需要加入表面改性剂或者偶联剂作为分子桥将两者键合起来，达到包覆改性的目的[1]。常见的包覆物有：金属或金属氧化物包覆、碳包覆[8]、全氟羧酸包覆、硝化纤维包覆、高聚物包覆。
美国空军研究实验室的Crouse[9]等人以80nm的市售纳米粒子（活性铝含量为80%）为前体，通过表面修饰和原位聚合反应，得到了不同铝含量的核壳型纳米铝/氟聚物含能材料，有很好的力学加工特性和燃烧性能，但是没有报道该材料的冲击诱导反应性能。李星辉[10]分别用石蜡和全氟十四酸包覆纳米铝粉，并且对包覆过后的铝粉的活性铝含量进行了表征，先对制备出的活性粒子进行活性测试，活性粒子含量80.8%，在空气中存放了两个月后，活性粒子含量下降了1.75%，这说明包覆物能够有效的保持纳米铝粉的活性。李翔宇[11]研究了用氟聚物包覆的纳米铝热剂，研究结果表明，含氟聚物纳米铝热剂的反应分为两个阶段，首先含氟高聚物中的氟元素将金属铝氧化生成AlF3，同时碳、氢元素将金属氧化物还原成低价态的氧化物、氟化物或金属单质；接下来，随着温度的升高，样品中的金属氧化物和氟化物会被未反应的纳米铝粉还原成金属单质。在纳米铝氧化铜体系中加入PVDF或者PTFE可以提高样品定容燃烧的最大压力。采用含氟高聚物包覆时，首先氟聚物中的F-C键结合的十分牢固，所以可以认为含氟高聚物在常温常压下十分稳定，不容易与其他物质发生反应，其次氟聚物具有良好的抗辐射性和耐老性，在铝粉表面形成具有良好的环境适应性的屏障，有效保持位于核心的铝粉的活性，最后氟聚物中的F元素可以对Al2O3起到活化作用，在一定程度上抵消由Al2O3引发的点火延迟现象，提高铝粉的燃烧速率。由上述研究可以看出，包覆的方法可以在一定程度上解决铝粉表面氧化导致活性铝含量降低的问题，采用氟聚物包覆时氟聚物还会参与铝粉的氧化反应。
对于表面包覆改性的铝粉的研究来说，我们首先要了解铝粉活性的评判方法和标准。如何评判铝粉的活性目前没有统一完整的体系。Ilyin[12]等人提出了四种参数来评价纳米铝粉的活性：1.剧烈氧化开始的温度，温度越小纳米铝粉的活性越小；2.纳米铝粉的最大氧化速率，速率越大纳米铝粉活性越好；3.纳米铝粉在一定温度范围内的氧化程度，氧化程度越高纳米铝粉活性越好；4.剧烈氧化放热量与质量增重的比值，比值越大纳米铝粉活性越好。陈亮[13]在他的研究中分别用气体容量法，乙醇溶液和硝酸铁锰滴定法，硫酸高铈滴定法，Rietveld精修无标相定量测量法测量了纳米铝粉中单质铝的含量，并且综合评价了这些方法对纳米铝粉单质铝含量测定的准确性，其中Rietveld精修无标相定量测量法的结果相对来说更准确，其误差小于1%，但是需要准确检索物相并确定物相的晶体结构是其前提条件，并且实际操作中该方法较为复杂，需要操作者有一定的经验和熟练度。谌兴[14]在其论文中，使用TG-DTA实验来分析有机物包覆的纳米铝活性状况，结合样品本身特点和TG-DTA曲线的特点，从主峰氧化放热量，氧化程度，和主峰峰温的方面评价了纳米铝粉的活性保持状况。Mingquan Ye[15]等人通过溶剂/非溶剂法分别将酚醛树脂、氟橡胶（Viton B）、和紫胶包覆在纳米铝颗粒上，实验结果表明，包覆后的纳米铝颗粒的能量和能量释放速率大于原始纳米铝的能量和能量释放速率。
从以上学者的研究可以看出，每种表面改性的方法都有优缺点，总的来说，化学表面改性的铝粉在整体性能上优于物理研磨混合，但是缺点是制备量较小，关于包覆物以及包覆方式的选择，还有待具体研究。
二、研究内容
未经处理的铝粉在自然储存状态下，极易吸收空气中的水，氧气，发生氧化反应，不仅会导致活性铝含量下降，严重的甚至会导致铝粉自燃，具有极大的安全隐患，采用表面改性的方法理论上可以解决氧化问题，为此，提出以下两个方面的研究内容:
1、铝粉包覆改性的方法与效果
