彩光金属燃料的制备与光色性能研究(3)
利于提高喷花的燃放效果，但不易过高，一般在 5%左右比较适宜[3-4]
。
1.2.2 金属燃料的研究
到目前为止，文献对金属燃烧的定义还没有达成一致。Frank 认为金属燃烧是因
为氧化反应的系统与周围环境在热力学上不平衡[5]
。 Reynolds 认为氧化反应所生成的
热量超过了损失的热量以至于使温度能够加速升高，金属燃烧就会出现[6]
。尽管文献
对金属燃烧的定义尚无统一的观点，但是都认为金属燃烧最主要的原因是输入到材料
的能量要大于损失到周围的能量。金属表面反应速率很高时，释放大量的热量，其中
一部分以光的形式火焰表现出来，此瞬间现象称为点火。金属燃料是一类具有高燃烧
热值的金属膜板和金属粉体。它对我们来说并不陌生，节日里灿烂的烟花是由于烟火
药里掺入了铝粉、铝镁合金粉、铁粉以及铜、锶、钡等的金属盐；干电池、铅蓄电池
以及钟表里的银锌电池、手机里的锂离子电池等是利用化学反应将金属的化学能转化
为电能。随着纳米技术的发展，纳米金属燃料的制备技术也趋于成熟，它们在社会中
的应用越来越广泛。那么,怎样使金属在较低的温度下燃烧呢?答案是把金属制成非常
非常小的颗粒，即小到纳米、微米级的颗粒。所有物体的表面都有表面能，只是宏观
的物体相对表面积小，表面能也很小。块体体积减小时，位于表面的原子数目就增多，
表面能增加。当块体达到纳米级和微米级大小时，单位质量粉体的表面积会增加
到宏观块体的几千、几万倍，表面能也升高到宏观块体的几百倍。这时，活泼的
表面原子极易与氧气分子发生反应，金属燃料的燃点就降低了。由于金属燃料的火焰
温度高，燃烧产物颗粒的辐射系数高，能形成非常明亮的火焰，因而可作为燃烧弹、
照明弹、闪光霰弹和闪光灯的主要原料。当烟火药中掺人纳米金属粉体，可提高烟火
药燃烧的稳定性和持久性。目前纳米级金属微粒的生产远来实现大规模工业化，纳米
级微粒产量有限而且每天只能产出几千克而已[7]。
金属合金在单基药配方的烟火中的二次燃烧，发出不同颜色的光，其实质就是金
属的原子发射光谱的表现。
1.3 本文研究工作
本课题在通过机械合金化法制备金属合金来改善金属在发光方面的性能。实验的
研究方向就是通过金属的机械合金化法来制备出可以发出多种颜色的金属合金材料，
熟悉彩光金属燃料在烟火药领域的研究与应用情况，并掌握对彩光金属燃料进行材料
功能设计的方法，最后对其发光色度和强度等性能进行表征。主要从以下几个方面开
展实验：
⑴ 在空气中燃烧发光的金属燃料的设计
通过查询分析化学手册的不同金属的原子发射光谱，应用光度学、色度学等理论，
通过三文色度坐标的叠加原理，计算出两种或两种以上的金属形成合金后理论上可能
的发射波长，从而得出实验产品—金属合金相应波长所对应的颜色，以上就是本课题
燃烧发光的金属燃料的设计基本原理。
⑵ 制备工艺设计
用机械合金化法制备彩光金属燃料，机械合金化法的本质就是一个高能球磨的过
程，即将两种或两种以上的金属与金属混合粉末、金属与非金属的混合粉末等与一定
比例的磨球共同放入高能球磨机中球磨，从而获得结构可以控制的、晶粒尺寸细小的、
成份均匀的合金粉末。球磨时间是一个最重要的参数，球磨时间的选取取决于球磨机