一种基于铝热剂的高热切割剂及其制备方法与应用

本发明涉及高热切割剂，特别涉及一种基于铝热剂的高热切割剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、高热剂切割技术是利用高热剂燃烧产生的高温高速熔融金属射流来切割金属材料的一种技术，具有器材体积小、重量轻、携带方便、价格便宜等优点。在野外抢修、应急抢险钻孔、销毁废弃弹药等方面有广泛的应用。高热剂切割可解决传统切割方法如等离子切割、气割所面临的设备体积和功率较大，需要额外携带氧气和可燃气瓶，使用不方便等缺点。另外，在未爆弹销毁领域，能够解决传统靠人工放置炸药或其它装置引爆未爆弹给排爆人员带来危险的问题。早在1972年，就有人发明了一种用于切割的烟火药，主要由镍粉、金属氧化物、铝粉和产气剂等组成。mueller等人在1982年发明了一种专门用于金属切割的烟火药，其氧化剂采用caso4或mgso4或srso4，还原剂为s、al以及氟碳化合物。

2、经过多年的发展，尽管当前已发明出多种用于野外切割的高热剂，但新的切割技术依然是研究热点。因为，目前的高热剂在切割过程中很容易出现“挂渣”和“堵孔”现象，导致切割深度不够，或废弃弹药中炸药爆轰的现象，从而切割失败或产生危险。造成种现象的原因是由高热剂放热量不足、产生的液态金属熔点过高、流动性不好、液态金属和液态残渣不分离、产气剂放出的气体氧化性不足以及产气剂吸湿严重等问题造成的。因此，亟需提供一种新型的高热切割剂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于铝热剂的高热切割剂及其制备方法与应用，本发明提供的高热切割剂解决了现有切割剂燃温低、产气量无氧化性、粘结剂无反应活性、容易出现“挂渣”和“堵孔”现象的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种基于铝热剂的高热切割剂，包括下列质量百分含量的组分：

3、主产热剂：78％～82％；

4、稀释剂：4％～5％；

5、燃烧催化剂：4％～5％；

6、产气剂：5％～6％；

7、含能粘结剂：5％～6％；

8、所述主产热剂为al粉、fe3o4、mno2、moo3和cuo的混合物；

9、所述稀释剂为nacl、kcl、caf2、alcl3和na3alf6的混合物；

10、所述燃烧催化剂由卡托辛和ni粉组成；

11、所述产气剂为bao2；

12、所述含能粘结剂由硝化棉(nc)和聚叠氮缩水甘油醚(gap)组成。

13、在本发明中，本发明使用的主产热剂为复合铝热剂，是多种高热剂的混合物，该混合物的优势是在燃烧后产生的热量比单一高热剂产生的热量多，因为不同高热剂能产生不同的金属，而这些融熔的金属之间又可以形成合金，导致再次大量放热，并且，所生成合金的熔点低于任何一个单独金属的熔点，这十分有利于减少“挂渣”和“堵孔”的现象。

14、本发明使用的稀释剂具有分离液态金属和非金属熔渣的作用，会进一步减少“挂渣”和“堵孔”的现象。

15、本发明使用的燃烧催化剂具有易分散、不迁移和提高切割剂燃烧火焰强度的作用。

16、本发明使用的产气剂在高温下能产生大量强氧化性气体(o2)，不但起到了增压的作用，氧气更有助于对金属的切割。另外，目前已有报道的切割剂配方中的产气剂多为kno3、ba(no3)2或nh4no3，它们不但易吸湿，且热分解产生的气体多为n2，而bao2的热分解是产生了大量的高温o2，加速了对金属的切割，并且bao2完全不吸湿。

17、本发明使用的粘结剂为含能粘结剂，不但粘结效果好，在高温下还会快速分解成n2、co、h2和co2等气体，同时放出大量热量，从而起到加速金属射流的作用，这样可以大幅度减少产气剂的用量，从而使配方中能够携带更多的主产热剂来提高能量。

18、优选地，所述主产热剂中al粉、fe3o4、mno2、moo3和cuo的质量百分含量分别为：25％al粉、20％fe3o4、20％mno2、20％moo3和15％cuo。

19、进一步优选地，所述al粉的粒度为100～150μm；所述fe3o4、mno2、moo3和cuo的粒度均为80～120μm。

20、优选地，所述稀释剂中nacl、kcl、caf2、alcl3和na3alf6的质量百分含量分别为：40％nacl、40％kcl、8％caf2、6％alcl3和6％na3alf6。

21、优选地，所述卡托辛和ni粉的质量百分含量分别为40％卡托辛、60％ni粉。

22、进一步优选地，所述卡托辛为液体状态，所述ni粉的粒度为50～150μm。

23、优选地，所述nc和gap的质量百分含量分别为40％nc、60％gap。

24、本发明还提供了上述技术方案所述高热切割剂的制备方法，包括以下步骤：

25、(1)将硝化棉、聚叠氮缩水甘油醚和卡托辛溶解于丙酮中，得到粘结剂溶液，密封待用；

26、(2)在湿度小于20h2o/kg干空气中，精确称量除硝化棉、聚叠氮缩水甘油醚和卡托辛外的每个组份，控制混合温度小于45℃在混合机中混合2h，得到混合粉末；

27、(3)将混合粉末从放步骤(1)所得粘接剂溶液中，搅拌混成均匀的稀泥状物质，水浴烘箱干燥，研磨，得到高热切割剂。

28、优选地，步骤(3)所述水浴烘箱干燥时，干燥温度为50℃，干燥时间为24h。

29、本发明还提供了上述技术方案所述高热切割剂的应用，将其应用于野外无电焊无气焊情况下快速切割金属，或野外无电焊无气焊情况下销毁废弃弹药。

30、有益技术效果：

31、本发明以复合铝热剂为主产热剂，以nacl、kcl、caf2、alcl3和na3alf6的复合物作为稀释剂，以卡托辛和ni粉的复合物作为燃烧催化剂，以bao2作为产气剂，以nc和gap的复合物作为含能粘结剂，制备了一种高性能切割剂，具有燃烧剧烈、热量高、熔穿钢板时间短的优势，并且熔穿钢板后很少量“挂渣”、基本没有“堵孔”的现象。

技术特征：

1.一种基于铝热剂的高热切割剂，其特征在于，包括下列质量百分比含量的组分：

2.根据权利要求1所述的高热切割剂，其特征在于，所述主产热剂中al粉、fe3o4、mno2、moo3和cuo的质量百分含量分别为：25％al粉、20％fe3o4、20％mno2、20％moo3和15％cuo。

3.根据权利要求1或2所述的高热切割剂，其特征在于，所述al粉的粒度为100～150μm；所述fe3o4、mno2、moo3和cuo的粒度均为80～120μm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的高热切割剂，其特征在于，所述稀释剂中nacl、kcl、caf2、alcl3和na3alf6的质量百分含量分别为：40％nacl、40％kcl、8％caf2、6％alcl3和6％na3alf6。

5.根据权利要求1～4任一项所述的高热切割剂，其特征在于，所述卡托辛和ni粉的质量百分含量分别为40％卡托辛、60％ni粉。

6.根据权利要求5所述的高热切割剂，其特征在于，所述卡托辛为液体状态，所述ni粉的粒度为50～150μm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的高热切割剂，其特征在于，所述硝化棉和聚叠氮缩水甘油醚的质量百分含量分别为40％硝化棉、60％聚叠氮缩水甘油醚。

8.权利要求1～7任一项所述高热切割剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述水浴烘箱干燥时，干燥温度为50℃，干燥时间为24h。

10.权利要求1～7任一项所述高热切割剂的应用，其特征在于，应用于野外无电焊无气焊情况下快速切割金属，或野外无电焊无气焊情况下销毁废弃弹药。

技术总结
本发明提供了一种基于铝热剂的高热切割剂及其制备方法与应用，属于高热切割剂技术领域。本发明以复合铝热剂为主产热剂，以NaCl、KCl、CaF2、AlCl3和Na3AlF6的复合物作为稀释剂，以卡托辛和Ni粉的复合物作为燃烧催化剂，以BaO2作为产气剂，以NC和GAP的复合物作为含能粘结剂，制备了一种高性能切割剂，具有燃烧剧烈、热量高、熔穿钢板时间短的优势，并且熔穿钢板后很少量“挂渣”、基本没有“堵孔”的现象。

技术研发人员：王毅,宋小兰,贾康辉,宋丹,安崇伟
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6