原理
鋁熱劑是把鋁粉和高熔點金屬氧化物（如三氧化二鐵粉末）按比例配成的混合物， 使用時加入氧化劑點燃，反應激烈進行，得到氧化鋁和單質并放出大量的熱，溫度可到約2500℃，能使生成的單質熔化。這個反應叫做鋁熱反應。鋁熱反應原理可以應用在生産上，例如焊接鋼軌等。用某些金屬氧化物（如V2O5、Cr2O3、MnO2等）代替氧化鐵，也可以做鋁熱劑。當鋁粉跟這些金屬氧化物反應時，産生足夠的熱量，使被還原的金屬在較高溫度下呈熔融狀态，跟形成的熔渣分離開來，從而獲得較純的金屬。在工業上常用這種方法冶煉難熔的金屬，如釩、鉻、錳等。利用的是鋁被氧化時放熱。有些金屬氧化物，不能與鋁反應，或放出的熱不多，均不能做鋁熱劑使用。
曆史
德國化學家漢斯·歌德史密斯于1893年發明鋁熱法并于兩年後申請專利。因此該反應也被稱為“歌德史密斯法”或“歌德史密斯過程”。研究最初的目的是在不用碳熔煉的條件下制備高純度金屬，但歌德史密斯敏銳的發現鋁熱法可以用于焊接。 1899年在德國埃森，鋁熱法首次商業應用于焊接鐵軌。
引燃
鋁熱反應需要高溫來引發，可在混合物粉末上插一根鎂條做引信（可混入适量氯酸鉀幫助鎂條燃燒，高錳酸鉀、硝酸鉀等氧化劑也可助燃；過氧化鋇也可以，但煙有毒）。高錳酸鉀和甘油的混合物緩慢放熱，也可以做引發劑（高錳酸鉀和葡萄糖的混合物亦可，點燃後劇烈反應并引發鋁熱反應）。丙烷槍也可以提高引發反應所需的高溫。反應開始後會劇烈放熱，火花四濺，溫度極高，所以點火時要注意安全。
常見種類
鋁熱劑中最常用的氧化鐵/鋁，磁鐵礦也工作。偶爾使用其他氧化物，例如錳鋁熱劑 ，鉻鋁熱劑 ，矽熱劑，或銅鋁熱劑，但僅用于專門目的。 所有這些實施例使用鋁作為反應性金屬。含氟聚合物可用于特殊配方中，特氟隆與鎂或鋁是相對常見的實例。
幹冰和還原劑如鎂，鋁和硼的組合遵循與傳統鋁熱劑混合物相同的化學反應，産生金屬氧化物和碳。 盡管幹冰鋁膏混合物的非常冷的溫度，但是這種系統能夠用火焰點燃。當細分狀幹冰鋁熱劑被傳統炸藥一樣限制在管中點燃時，将會爆炸，并且反應中釋放的一部分碳以金剛石的形式出現。
原則上，可以使用任何活性金屬代替鋁。但是鋁的性質對于該反應幾乎是理想的：
它是迄今為止最便宜的高反應性金屬。
它形成鈍化層，使其比許多其他活性金屬更安全。
其相對低的熔點 （660℃）意味着易于熔融金屬，使得反應主要在液相中發生，因此相當快地進行。
其高沸點 （2519℃）使得反應達到非常高的溫度，因為幾個過程傾向于将最高溫度限制到剛好低于沸點。 這種高沸點在過渡金屬中是常見的，但是在高反應性金屬中并不常見。
此外，由于反應形成的氧化鋁的低密度趨于使其漂浮在所得純金屬上。 這對于減少焊縫中的污染是特别重要的。
盡管反應物在室溫下是穩定的，但當它們被加熱至着火溫度時，它們以極強烈的放熱反應燃燒。 由于達到高溫（高達2500°C，使用氧化鐵(III)），産品表現為液體-雖然達到的實際溫度取決于熱量能夠快速逃逸到周圍環境。 鋁熱劑有自己的氧氣供應，不需要任何外部空氣源。 因此，在給定足夠的初始熱的情況下，其不能被窒息并且可以在任何環境中點燃。 它會在濕潤時燃燒良好，不能用水輕易熄滅，雖然足夠的水會除去熱量并可能停止反應。 少量的水在達到反應前會沸騰。 即使如此，鋁熱劑也用于水下焊接。
該鋁合金的特征在于在燃燒期間幾乎完全沒有氣體産生，反應溫度高。 燃料應具有高的燃燒熱并産生具有低熔點和高沸點的氧化物。 氧化劑應當包含至少25%的氧，具有高密度，低形成熱，并且産生具有低熔點和高沸點的金屬（因此釋放的能量不會在反應産物的蒸發中消耗）。 可以向組合物中加入有機粘合劑以改善其機械性能，然而它們傾向于産生吸熱分解産物，導緻反應熱的一些損失和氣體的産生。
反應期間達到的溫度決定結果。 在理想情況下，反應産生充分分離的金屬和爐渣的熔體。 為此，溫度必須足夠高以熔化反應産物，所得金屬和燃料氧化物。 太低的溫度将導緻燒結金屬和爐渣的混合物，太高的溫度 - 高于任何反應物或産物的沸點 - 将導緻氣體的快速産生，分散燃燒的反應混合物，有時甚至爆炸。可以通過添加合适的氧化劑來提高太低的反應溫度（例如當從砂生産矽時），通過使用合适的冷卻劑和/或熔渣流量可以降低太高的溫度。通常在使用的助熔劑是氟化鈣，因為其僅最低限度地反應，具有相對低的熔點，在高溫下的低熔體粘度（因此增加爐渣的流動性）并與氧化鋁形成共晶體。 然而，過多的助熔劑将反應物稀釋至不能維持燃燒的程度。金屬氧化物的類型也對産生的能量的量具有顯着的影響；氧化價越高，産生的能量越高。一個好的實例是氧化錳(IV)和氧化錳(II)之間的差異，其中前者産生太高的溫度，後者幾乎不能維持燃燒；為了獲得良好的結果，應該使用具有适當比例的兩種氧化物的混合物。
反應速率也可以用粒徑調節；較粗的顆粒比較細的顆粒燃燒得慢。該效果對于需要加熱至較高溫度以開始反應的顆粒更顯顯著。
在絕熱條件下 ，當沒有熱量損失到環境中時，在反應中實現的溫度可以使用赫斯定律來估計-通過計算由反應本身産生的能量（從産物的焓中減去反應物的焓）并減去加熱産品所消耗的能量（根據它們的比熱，當材料僅改變它們的溫度時，以及它們的熔化焓和當材料熔化或沸騰時的最終蒸發焓）。 在實際條件下，反應對環境失去熱量，因此實現的溫度略低。傳熱速率是有限的，因此反應越快，越接近其運行的絕熱條件，并且實現的溫度越高。
鐵鋁熱劑
最常見的組合物是鐵鋁熱劑。 所用的氧化劑通常是三氧化二鐵或四氧化三鐵。前者産生更多的熱量。後者更容易點燃，可能是由于氧化物的晶體結構。 添加銅或錳氧化物可以更容易點燃。
銅鋁熱劑
銅鋁熱劑可以使用氧化亞銅或氧化銅來制備。燃燒速率非常快，并且銅的熔點相對低，因此反應在非常短的時間内産生大量的熔融銅。銅(II)鋁熱反應可能如此之快，以緻于銅鋁熱劑可以被認為是一種閃光粉末。可能發生爆炸，并發送銅滴噴霧到相當遠的距離。
銅(I)鋁熱劑具有工業用途，例如焊接厚銅導體，這種焊接也被用于電纜拼接。
鋁熱燃燒劑
鋁熱燃燒劑是鹽基氧化劑（通常是硝酸鹽，例如硝酸鋇或過氧化物）的鋁熱劑。 與常規鋁熱劑相比，鋁熱燃燒劑燃燒時有火焰和氣體的放出。 氧化劑的存在使得混合物更容易點燃并改善燃燒物對靶的滲透，因為放出的氣體噴射熔融爐渣并提供機械攪拌。這種機制使得鋁熱燃燒劑用于燃燒目的和用于敏感設備（例如密碼設備）的緊急破壞的熱固性材料更适合，因為鋁熱劑的效應更局部化。
應用
鋁熱反應過程中放出的熱可以使高熔點金屬熔化并流出，故鋁熱法廣泛運用于焊接搶險工程，例如将鐵軌連接成一段長軌即使用此法。另外，鋁熱法也是冶煉釩、鉻、錳等高熔點金屬的重要手段。
鋁熱劑除了焊軌、冶煉難熔金屬以外，在軍事上也有廣泛的應用，例如在炮彈頭—咀裝進鋁熱劑成分，因為反應溫度極高，用于制作燃燒彈，可熔穿裝甲，極大地提高殺傷力。在前蘇聯科學家編寫的《火箭炮》一書中，談到火箭炮彈頭裝藥就有鋁熱劑的成分。
在中國人民革命軍事博物館裡，展品中就有美軍的鋼盔、卡賓槍被燒熔在一起，除了火箭彈以外，其他炸彈沒有如此大的能量。
除此之外，其他的單質與金屬氧化物混合之後點燃，也會發生強烈的氧化還原反應，效果類似于鋁熱反應。其中的單質可以是鋁、鎂、鈣、钛、矽、硼——并不僅限于金屬，而金屬氧化物可以是三氧化二硼、二氧化矽、三氧化二鉻、二氧化錳、三氧化二鐵、四氧化三鐵、氧化銅和四氧化三鉛等。有時這些反應也根據反應中的還原劑而稱為“鎂熱法”“矽熱法”“鈣熱法”“碳熱法”等等。
