基于产物分析的铝/铁氧化物纳米复合材料的铝热反应机理

摘要

采用溶胶-凝胶法分别对纳米Al和微米Al进行表面包覆，制备nano-Al/xero-Fe2O3和micro-Al/xero-Fe2O32种复合材料，并对它们的微观结构和物相进行表征。结果表明，纳米Al和微米Al表面均被约20 nm的无定形纳米粒子致密包覆；包覆物中的铁氧比与Fe2O3中的铁氧比大致相当。对2种纳米复合材料以及4种相对应的简单混合物（nano-Al＋xero-Fe2O3、nano-Al＋micro-Fe2O3、micro-Al＋xero-Fe2O3和micro-Al＋micro-Fe2O3分别进行DSC分析。对于采用纳米Al作燃料的铝热剂，nano-Al/Xero-Fe2O3、nano-Al＋xero-Fe2O3和nano-Al＋micro-Fe2O3三者的热谱图没有明显差别；对于采用微米 Al 作燃料的铝热剂，micro-Al/xero-Fe2O3的反应峰温度较 micro-Al＋xero-Fe2O3和micro-Al＋micro-Fe2O3的分别提高了68.1℃和76.8℃。另外，将4种铝热剂（nano-Al/xero-Fe2O3， nano-Al＋micro-Fe2O3，micro-Al/xero-Fe2O3和micro-Al＋micro-Fe2O3）同时从室温加热至1020℃，对660℃和1020℃时的产物进行XRD分析。从图谱中共检测出Fe、FeAl2O4、Fe3O4、α-Fe2O3、Al、γ-Fe2O3、Al2.667O4、FeO和α-Al2O3共9种晶体物质。据此推测了可能的反应方程，并以最小自由能原则推出了每种样品最可能的反应过程。