CN111892966B - 一种用于含硼推进剂的高能金属燃料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，属于含能材料领域。以所述燃料配方总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数为：铝粉75.0％～90.0％，硼粉10.0％～25.0％。所述燃料通过加氢球磨法制得。所述燃料中的铝硼粉弥补了传统铝粉燃烧热不足，释热效率低，能量增加受限的技术瓶颈，适用于含硼推进剂，显著提升了推进剂的比冲，应用前景良好；铝硼粉成本低廉，适合大规模生产。

Description

一种用于含硼推进剂的高能金属燃料
技术领域
本发明涉及一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，属于含能材料领域。
背景技术
金属粉密度大，反应热值高，燃烧时放出大量热能，能提高推进剂比冲和燃烧温度。另外，燃烧生成的固体金属氧化物微粒，还能起着抑制振荡燃烧的作用。固体火箭冲压发动机适合使用贫氧推进剂，金属燃料能够有效调节推进剂的贫氧水平和能量参数，因而金属燃料被广泛应用于固体火箭推进剂。金属铝粉因密度高，燃烧性能好，成本低而成为最普遍采用的金属燃料，但铝粉的质量和体积燃烧热值仅为硼的一半，且燃烧过程中容易熔化和结块，降低燃烧效率。镁铝金属粉能够有效改善金属铝的燃烧性能，但是镁密度偏低，且燃烧热值比铝粉还差，导致镁铝粉做燃料的推进剂的能量性能不理想。硼作为具有最高热值的单质固相燃料，无疑是提高推进剂能量性能的重要燃料。
然而硼粉着火点很高，其熔点高于2500K，如果完全用高热值的硼粉取代铝粉，会发生点火困难，即使发生燃烧，如果发动机中温度不足以维持后续燃烧，会造成大量硼粉不能燃烧，从而滞留在发动机内，造成事故隐患。因此，如何将硼粉用作推进剂燃料是一个工程难题。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，所述燃料可以改善推进剂的燃烧性能，提高推进剂的能量水平。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，以所述燃料配方的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量分数为：
铝粉 75.0％～90.0％，
硼粉 10.0％～25.0％。
一种本发明所述的用于含硼推进剂的高能金属燃料的制备方法，所述方法为加氢球磨法，具体步骤如下：
将玛瑙球、铝粉和硼粉放入球磨机的球磨罐中，在400℃～600℃的氢气环境下球磨，停止球磨，以15℃/min～60℃/min速率缓慢降至室温，然后停止通氢，在10mL/min～30mL/min空气气氛下缓慢氧化2h～6h后，制得本发明所述的一种用于含硼推进剂的高能金属燃料。
有益效果
1.本发明提供了一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，所述燃料适应于含硼推进剂，解决了目前推进剂能量增加受限的技术瓶颈，显著提升了推进剂的比冲，在固体火箭发动机和远程导弹等领域具有广阔的应用前景。
2.本发明提供了一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，所述燃料中的铝硼粉弥补了传统铝粉燃烧热不足，释热效率低的问题，为高能金属燃料制造与使用提供了新思路，铝硼粉成本低廉，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。
实施例1
一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，以所述燃料配方的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量分数为：铝粉90.0％，硼粉10.0％。
一种本实施例所述的用于含硼推进剂的高能金属燃料的制备方法，所述方法为加氢球磨法，具体步骤如下：
将玛瑙球、铝粉和硼粉放入球磨机的球磨罐中，抽真空之后开始通入氢气，在氢气还原性气氛下球磨，升温至600℃下铝粉将氧化硼外壳还原成氧化铝，并包覆在硼颗粒外面，球磨时间为6h，停止球磨，以15℃/min速率降至室温，然后停止通氢，在10mL/min的空气气氛中缓慢氧化6h后，制得本发明所述的一种用于含硼推进剂的高能金属燃料。
将本实施例制得的铝硼混合物加入丁羟固体推进剂体系得到一种含硼推进剂，以所述推进剂的配方总体质量为100％，其中，各组成成分及其质量分数为：所述铝硼混合物(Al/B)18％，端羟基聚丁二烯(HTPB)11.5％，黑索金(RDX)10％和高氯酸铵(AP)60.5％。
将所述含硼推进剂中的铝硼混合物(Al/B)替换为铝(Al)，得到只含有铝的丁羟固体推进剂。
依据国军标GJB770B-2005中的《火药测试方法》测试对所述含硼推进剂以及只含有铝的丁羟固体推进剂进行检测，结果如下：
所述含硼推进剂的燃烧热5492kJ/kg(测试方法为上述国军标中的701.1爆热和燃烧热绝热法，下同)，比冲253.8s(测试方法为上述国军标中的705.1比冲弹道摆法，下同)；只含有铝的丁羟固体推进剂的燃烧热为5316kJ/kg，比冲252.5s。
实施例2
一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，以所述燃料配方的总体质量为100％计，其中，各组成成分及其质量分数为：铝粉75.0％，硼粉25.0％。
一种本实施例所述的用于含硼推进剂的高能金属燃料的制备方法，所述方法同实施例1，参数设置方面升温至400℃下铝粉将氧化硼外壳还原成氧化铝，并包覆在硼颗粒外面，球磨时间为8h，停止球磨，以60℃/min速率降至室温，然后停止通氢，在30mL/min的空气气氛中缓慢氧化2h后，制得本发明所述的一种用于含硼推进剂的高能金属燃料。
将本实施例制得的铝硼混合物加入丁羟固体推进剂体系得到一种含硼推进剂，以所述推进剂的配方总体质量为100％，其中，各组成成分及其质量分数为：所述铝硼混合物(Al/B)15％，端羟基聚丁二烯(HTPB)14.5％，黑索金(RDX)20％和高氯酸铵(AP)50.5％。
将所述含硼推进剂中的铝硼混合物(Al/B)替换为铝(Al)，得到只含有铝的丁羟固体推进剂。
依据国军标GJB770B-2005中的《火药测试方法》测试对所述含硼推进剂以及只含有铝的丁羟固体推进剂进行检测，结果如下：
所述含硼推进剂的燃烧热为5438.78kJ/kg，比冲250.11s；只含有铝的丁羟固体推进剂的燃烧热为5221kJ/kg，比冲为248.19s。

Claims (1)

1.一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，其特征在于：以所述燃料配方的总体质量为100％计，各组成成分及其质量分数为：
铝粉 75.0％～90.0％，
硼粉 10.0％～25.0％；
所述燃料的制备方法为加氢球磨法，具体步骤如下：
将玛瑙球、铝粉和硼粉放入球磨机的球磨罐中，在400℃～600℃的氢气环境下球磨，停止球磨，以15℃/min～60℃/min速率缓慢降至室温，然后停止通氢，在10mL/min～30mL/min空气气氛下缓慢氧化2h～6h后，制得一种用于含硼推进剂的高能金属燃料。
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CN109438149A (zh) * 2018-12-05 2019-03-08 湖北航天化学技术研究所 一种热固性复合固体推进剂及其制备方法

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