高活性硼粉復(fù)合物的制備與性能研究.pdf

1、硼粉具有較高的質(zhì)量熱值和體積熱值，是一種具有較好應(yīng)用前景的金屬燃料，尤其在貧氧固體推進(jìn)劑領(lǐng)域，是目前唯一能使固體沖壓發(fā)動機的比沖達(dá)到10kN·s·kg-1以上的推進(jìn)能源，因而硼是貧氧推進(jìn)劑中最合適的燃料之一。但是硼粉存在易團(tuán)聚、點火溫度高、燃燒效率低、與推進(jìn)劑中常用的組分HTPB不相容等問題制約了硼粉的進(jìn)一步應(yīng)用。本課題采用溶劑揮發(fā)法、高能濕法球磨法、高壓靜電噴霧法對硼粉進(jìn)行活化，與其它物質(zhì)復(fù)合制備成硼基復(fù)合微球、纖維和薄膜，使得硼粉的

2、活性得到提高和保持。并將復(fù)合物添加到推進(jìn)劑中，研究其燃燒特性以及作用機理。
　　(1)用熱分析技術(shù)研究了微米硼粉和納米硼粉的熱反應(yīng)性，結(jié)果表明納米硼粉的活性明顯高于微米硼粉，但氧化反應(yīng)速率慢于微米硼粉，氧化增重僅有110％左右，遠(yuǎn)低于理論值222％。為加快燃燒過程中硼粉表面氧化層的脫離，使用溶劑揮發(fā)法制備了B/Y(Y=Viton、PVDF、PTFE)復(fù)合物，并使用TG-DSC研究了復(fù)合物的熱性能。結(jié)果表明，改善效果最好的是Vito

3、n，其次是PVDF，PTFE無改善效果。Viton便微米硼粉的氧化溫度提前31.9℃，使納米硼粉的氧化溫度提前15℃。
　　(2)為提高硼粉的活性，使用高能濕法球磨法制備了B/X(X=Mg、Al、Fe、Mo、Ni)復(fù)合顆粒。TG-DSC結(jié)果顯示，F(xiàn)e與硼粉的復(fù)合對硼粉的改善效果最好，使硼粉氧化放熱峰的峰溫降低14.8℃，氧化增重量增加17.6％。推進(jìn)劑的燃燒性能測試結(jié)果表明，B/Fe復(fù)合顆粒對HTPB/AP推進(jìn)劑燃燒性能的改善效果

4、最好，可使推進(jìn)劑在常壓空氣中的燃速達(dá)到2.39mm·s-1，是加入原樣硼粉推進(jìn)劑燃速的1.41倍;在密閉爆發(fā)器中的平均升壓速率達(dá)到24.8kPa·ms-1，是加入原樣硼粉推進(jìn)劑的1.45倍。
　　(3)為進(jìn)一步提高硼粉在固體推進(jìn)劑中的分散性和活性，使用高壓靜電噴霧法制備了B/NC微球。TG-DSC結(jié)果表明，當(dāng)NC含量為5％時，硼粉的氧化放熱峰的峰溫提前14.5℃;氧化增重量達(dá)到最大，為189.2％，是原樣硼粉的1.66倍;氧化放熱

5、量也達(dá)到最大，為32388J·g-1，是原樣硼粉的1.55倍。燃燒性能測試結(jié)果表明，與加入原樣硼粉的推進(jìn)劑相比，加入B/NC微球的推進(jìn)劑在常壓空氣中的燃速可提高11.4％，在密閉爆發(fā)器中的燃速可提高15.9％。
　　(4)為在提高推進(jìn)劑能量的同時實現(xiàn)燃速調(diào)節(jié)，在B/NC微球中加入常用的燃速調(diào)節(jié)劑納米Fe2O3制成B/Fe2O3/NC微球，并研究了納米Fe2O3的含量對復(fù)合微球的影響。TG-DSC結(jié)果表明，微球中納米Fe2O3的加入

6、可顯著改善硼粉的活性，使其氧化溫度提前116.7℃。燃燒性能測試結(jié)果表明，當(dāng)B/Fe2O3的質(zhì)量比為10∶8時，燃速達(dá)到最大，為3.6mm·s-1，是空白HTPB/AP試樣的2.77倍，是添加B/NC微球的推進(jìn)劑的2.07倍;當(dāng)B/Fe2O3的質(zhì)量比為10∶10時，推進(jìn)劑在密閉爆發(fā)器中的的平均升壓速率達(dá)到最大，為71.3kPa·ms-1，是空白HTPB/AP推進(jìn)劑的4.92倍，是添加B/NC微球的推進(jìn)劑的3.96倍。
　　(5)使

7、用高壓靜電紡絲法制備了NC、NC/RDX和n-B/RDX/NC納米纖維。SEM結(jié)果表明，當(dāng)前驅(qū)體溶液中NC的濃度為7％、電壓為18kV、流速為4mL·h-1、接收距離為10cm時，可以制備出直徑小于100nm的纖維。TEM結(jié)果顯示，在NC/RDX復(fù)合纖維中，RDX為橢球形并均勻分布在纖維的內(nèi)部。燃燒性能測試結(jié)果表明，納米硼粉的加入可提高復(fù)合纖維的燃速，當(dāng)n-B/NC的質(zhì)量比為2/10時，燃速達(dá)到最大，為NC/RDX復(fù)合纖維的1.84倍。