CN113376208B - 钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用 - Google Patents

钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用，包括如下步骤：将含钼物质与含硼含能材料制成混合物或化合物；所述含硼的含能材料与含钼物质的质量比为100:1~100:50。发明人发现，向含硼的含能材料（包括但不限于硼粉，硼粉和金属粉的混合物，硼粉和氧化剂的混合物，硼粉和粘结剂的复合物，硼粉和氟聚物的复合物，以及以上复合物的一种或多种的复合物）中添加特定比例的含钼物质（包括但不限于金属钼粉、氧化钼、钼酸盐、钼盐、含钼有机物等，以及上述粉体的一种或多种的复合物），或者将含硼的含能材料与含钼物质进行反应、耦合并得到相应的化合物，均能够提升含硼含能材料中硼的能量释放量、降低含硼含能材料中硼的点火温度。

Description

钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用
技术领域
本申请涉及含能材料领域，具体为钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用。本申请中，通过向含硼的含能材料加入含钼物质，能够使制备出的含能材料反应性能大幅提升，具有显著的进步意义。
背景技术
硼作为具有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，相关含硼的含能材料也已被广泛应用于固体推进剂和炸药等领域。为了提高硼粉的燃烧效率，国内外都进行了大量的技术研究。国内在解决硼粉燃烧效率技术方面，采取了复合、造粒和包覆等技术。目前，采用比较多的是硼粉包覆技术，比如，LiF包覆技术、叠氮聚合物包覆技术、丁羟胶包覆技术等。国外报道了通过添加镁、铝金属粉来改善其燃烧效率的研究，添加镁粉的含硼推进剂的燃烧效率有了很大提高，提高了推进剂压强指数。虽然这些方法或多或少地改善了无定形硼粉的燃烧效率，但是综合考虑工艺性能和燃烧性能，都未能达到工业化应用的技术要求。
已有专利对硼粉等含硼材料的改进，进行了研究。例如，中国专利申请CN112851449A公开了含氟聚合物包覆高纯硼粉及其制备方法，其通过在高纯硼粉表面包覆一层含氟聚合物，以提高硼粉的燃烧性能。
中国专利申请CN112479795A公开了一种含硼炸药及其制备方法，其采用反应抑制球磨工艺先将铝粉、硼粉与聚四氟乙烯机械活化成高能复合粒子，使硼粉表面包覆铝粉和聚四氟乙烯，降低硼粉与聚四氟乙烯、铝粉的扩散距离，改善硼粉与聚四氟乙烯、铝粉结合的紧密程度，从而提升硼粉的反应完全性；然后再与高能炸药混合，从而提高炸药配方体系的能量水平；最后添加粘合剂、钝感剂捏合形成含硼炸药。
中国专利申请CN112010721A公开了一种含硼富燃料推进剂及其制备方法，包括：对Al粉和B粉进行预处理去除表面杂质；将预处理后的Al粉和B粉按照摩尔比为1～1.2:2的比例混合后，在惰性气体保护下进行球磨，将球磨后的混合物料在密封环境、温度为600～750℃的条件下烧结1～3h，即可得到含硼富燃料推进剂。
中国专利申请CN111892966A公开了一种用于含硼推进剂的高能金属燃料，其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％。
中国专利申请CN111848660A公开了含能双(3-硝基-1-2-4-三唑)硼化钾盐及其晶体和制备方法，包括以下步骤：(a)常温下，将3-硝基-1,2,4三唑溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，其中，3-硝基-1,2,4三唑∶N,N-二甲基乙酰胺＝3.35g∶15-30mL；(b)常温下，搅拌至3-硝基-1,2,4三唑完全溶于N,N-二甲基乙酰胺中，形成透明溶液，然后分批加入硼氢化钾，伴随气泡产生，加入的硼氢化钾与3-硝基-1,2,4三唑的摩尔比为1∶2；(c)温度升至110-120℃，并保持此温度搅拌3-5h，得到浅黄色溶液；(d)停止搅拌，恢复至常温，将反应液倒入二氯甲烷中，经过滤后得到白色固体；(e)将白色固体溶于丙酮中，然后过滤得到透明溶液，将透明溶液在室温环境下静置24-36小时后，得到透明晶体，即为含能双(3-硝基-1-2-4-三唑)硼化钾盐晶体，该晶体的结构式如下所示：
Figure BDA0003107966610000021
中国专利申请CN111484384A公开了种金属/碳包覆硼基复合燃料及其制备方法，由无定形硼粉和包覆在无定形硼粉表面的碳及纳米金属颗粒组成，所述纳米金属颗粒为铁、钴、镍、铜、钯、铬或锰。
中国专利申请CN111138236A公开了1,2,4-三唑硝酸盐包覆的硼镁复合金属粉燃料及其制备方法，其按照重量份包括如下组成：硼镁复合金属粉70-80份；1,2,4-三唑硝酸盐20-30份；硅烷偶联剂0.5-1份。
中国专利申请CN111039871A公开了氰基硼氢咪唑类金属配合物及其制备方法，所述系列配合物由中心金属离子、咪唑类配体、氰基硼氢根阴离子组成，其结构通式如下：
Figure BDA0003107966610000022
此外，中国专利申请CN111423882A公开了一种硼粉表面氧化物的去除及防氧化方法，中国专利申请CN110526790A公开了一种核壳结构的硼/硝酸钾制备方法，中国专利申请CN109574775A公开了一种高反应活性团聚硼颗粒的制备方法，中国专利申请CN109232142A公开了一种含能硼粉的制备方法，中国专利申请CN108889955A公开了一种球形化高活性硼基预合金粉体及其制备方法，中国专利申请CN109265303A公开了一种低熔点金属包覆硼粉体及其制备方法，中国专利申请CN108191590A公开了一种含能硼粉及其制备方法，中国专利申请CN106946224A公开了以氢化铝锂和硼氢化锂混合催化制备α-三氢化铝的方法，中国专利申请CN101734680A公开了利用喷雾干燥法制备球形无定形硼粉的方法，中国专利申请CN101787515A公开了一种铝包覆硼复合粉体的制备方法，中国专利申请CN104592277A公开了一种十氢十硼酸四乙基铵亚铜的球形化制备方法，中国专利申请CN107032302A公开了一种以硼氢化钠催化制备α-三氢化铝的工艺方法。
本申请的发明人希望对硼粉及以硼为原料制备的混合物、化合物等含硼的含能材料为原料，进一步提升含硼的含能材料的性能，以更好地满足实际应用的需求。
发明内容
本申请的发明目的在于，提供钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用。
为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用。
包括如下步骤：将含钼物质与含硼的含能材料制成混合物或化合物；
所述含硼的含能材料与含钼物质的质量比为100:1～100:50。
在含钼物质与含硼的含能材料制成的混合物或化合物中，含钼物质对含硼含能材料中硼的氧化反应主要起催化作用。
所述含硼的含能材料为硼粉、含硼含能材料混合物、含硼含能材料化合物中的一种或多种。
所述含硼含能材料混合物包括硼粉和金属粉的混合物，硼粉和氧化剂的混合物，硼粉和粘结剂的复合物，硼粉和氟聚物的复合物，中的一种或多种。
所述含钼物质为金属钼粉、含钼无机化合物、含钼有机物中的一种或多种。
所述含钼无机化合物为氧化钼、钼酸盐、钼盐中的一种或多种。
将硼粉与含钼物质混合，以制备新的含能材料；
所述含钼物质为金属钼粉、氧化钼、钼酸钠、钼酸铵中的一种或多种，所述硼粉与含钼物质的质量比为100:5～30。优选地，所述硼粉与含钼物质的质量比为100:10～25。
将含硼的含能材料与金属钼粉混合，以制备新的含能材料；
所述含硼的含能材料为硼粉，硼粉与铝粉的混合物，硼粉与镁粉的混合物，硼粉与石蜡的混合物，硼粉与高氯酸铵的混合物，硼粉与聚四氟乙烯的混合物，中的一种或多种；
所述含硼的含能材料与金属钼粉的质量比为100:10～35。优选地，所述硼粉与含钼物质的质量比为100:15～30。
采用前述方法所制备的含能材料。
针对前述问题，本申请提供钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用。发明人在实验中意外发现，向含硼的含能材料(包括但不限于硼粉，硼粉和金属粉的混合物，硼粉和氧化剂的混合物，硼粉和粘结剂的复合物，硼粉和氟聚物的复合物，以及以上复合物的一种或多种的复合物)中添加特定比例的含钼物质(包括但不限于金属钼粉、氧化钼、钼酸盐、钼盐、含钼有机物等，以及上述粉体的一种或多种的复合物)，或者将含硼的含能材料与含钼物质进行反应、耦合并得到相应的化合物，均能够提升含硼的含能材料中硼的能量释放量、降低含硼含能材料中硼的点火温度，大幅提升其反应性能，对于改进含硼的含能材料性能，具有重要的应用价值和实际意义。本申请中，在含钼物质与含硼的含能材料制成的混合物或化合物中，含钼物质对含硼含能材料中硼的氧化反应主要起催化作用。
发明人发现前述现象，并基于该现象，得到了本申请的技术方案。具体地，可将含钼物质与含硼的含能材料制成混合物或化合物，即可实现本申请的发明目的。优选地，将含钼物质与含硼的含能材料制成混合物，即可使制备的含能材料性能大幅提升；具体地，采用含钼元素的物质，将含钼元素物质加入到含硼材料中，含硼的含能材料与含钼物质质量比在100:1～100:50之间。本申请中，含硼的含能材料包括但不限于硼粉，硼粉和金属粉的混合物，硼粉和氧化剂的混合物，硼粉和粘结剂的复合物，硼粉和氟聚物的复合物，以及以上复合物的一种或多种的复合物。含钼元素物质包括但不限于金属钼粉、氧化钼、钼酸盐、钼盐、含钼有机物等，以及上述粉体的一种或多种的复合物。
进一步，发明人通过大量的实验对本申请的方案进行了验证，试验结果均证实了本申请的技术效果。对于相应的反应机理，目前尚不明晰，但这并不影响本申请技术方案的复现和技术效果的实现。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为硼与钼混合粉体、及其经空气(Air)和氩气(Ar)两种气氛热分析测试后的X射线衍射图。
图2为硼与氧化钼混合粉体、及其经空气(Air)和氩气(Ar)两种气氛热分析测试后的X射线衍射图。
图3为硼、硼与钼混合粉体的热分析数据图。
图4为硼、硼与氧化钼混合粉体的热分析数据图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
将含钼物质与含硼的含能材料按表1的质量配比进行混合，混合后得到新的含能材料，记为二次含能材料。对二次含能材料的燃烧热进行测定，测定结果如表1所示。
表1组分配比及制备的二次含能材料燃烧测定结果
Figure BDA0003107966610000051
硼粉的理论热值高达58.8kJ/g，商用硼粉为硼含量在90％～95％的硼粉；即便如此，商用硼粉的理论燃烧热也在52.9～55.8kJ/g。但从表1中可以得出，硼粉(1号)的实测燃烧热仅为16.2kJ/g，燃烧效率不足30％。从序号2～序号6的测试结果可以得出，虽然钼元素以不同的形式存在，但在加入少量含钼物质后，均对硼粉的实测热值有非常明显的提升。需要指出的是，表1中给出的含钼物质含量并非最佳含量。由此可以证明，钼以不同的物质形态参与硼粉的燃烧反应，均能提升硼粉的反应性能。
表1中，序号7～序号16给出了不同组成的含硼复合物在加入含钼物质前、后的实测燃烧热。其中，铝、镁代表含能材料中常用的金属粉，石蜡代表含能材料中常用的粘结剂或钝感剂，高氯酸铵代表氧化剂，聚四氟乙烯粉代表氟聚物。从表1中可以看出，不论硼粉以何种复合粉的形式出现，在加入以金属钼粉为代表的含钼物质后，含硼复合物的反应热增幅至少超过8.7kJ/g，最高接近18kJ/g。需要指出的是，此处给出的配方并非最优配方。
进一步，图1给出了硼与钼混合粉体(硼粉与金属钼粉的质量比为80:20)、及其经空气(Air)和氩气(Ar)两种气氛热分析测试后的X射线衍射图；图1中，从下至上三条线依次代表硼与钼混合粉体的X射线衍射图、硼与钼混合粉体经氩气热分析测试后的X射线衍射图、硼与钼混合粉体经空气热分析测试后的X射线衍射图。图2给出了硼与氧化钼混合粉体(硼粉与氧化钼的质量比为88：12)、及其经空气(Air)和氩气(Ar)两种气氛热分析测试后的X射线衍射图；图2中，从下至上三条线依次代表硼与氧化钼混合粉体的X射线衍射图、硼与氧化钼混合粉体经氩气热分析测试后的X射线衍射图、硼与氧化钼混合粉体经空气热分析测试后的X射线衍射图。
图1、2表明了复合粉体经不同气氛热分析前后的产物，热分析数据如图3和图4所示。图3给出了硼、硼与钼混合粉体的热分析数据图；图3中，硼钼指代硼与钼的混合粉体，硼粉与金属钼粉的质量比为80:20。图4给出了硼、硼与氧化钼混合粉体的热分析数据图；图4中，硼、氧化钼指代硼与氧化钼的混合粉体，硼粉与氧化钼的质量比为88:12。
从图3和图4均可得出，含钼物质(金属钼粉和氧化钼)的加入使得硼粉的起始反应温度有了巨大提升。图中可以看出，硼粉的起始反应温度约700℃，但是加入少量金属钼后，起始反应温度降低到了610℃，加入少量氧化钼后，其起始反应温度降低到了473℃。
从图3、4中还可得出，含钼物质的引入使得硼的反应区跨度有较大增加，图中硼粉的反应区跨度约100℃，而含钼物质的加入使得反应区跨度增加到200～300℃。
进一步，发明人选取多种含钼有机物，将含钼有机物与含硼的含能材料进行混合，制备相应的含能材料，测试结果与前述实验结果一致。同时，背景技术中所涉及的含硼的含能材料，均可用于本申请中。
综上可以证明，在含能材料领域，钼对硼的反应性能有极大的提升。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (1)

1.钼在提升含硼的含能材料反应性能中的应用，其特征在于，通过向含硼的含能材料加入含钼物质，提升含硼的含能材料中硼的能量释放量、降低含硼含能材料中硼的点火温度；
所述含钼物质为金属钼粉、氧化钼、钼酸钠、钼酸铵中的一种或多种；
所述含硼的含能材料为硼粉，硼粉与铝粉的混合物，硼粉与镁粉的混合物，硼粉与石蜡的混合物，硼粉与高氯酸铵的混合物，硼粉与聚四氟乙烯的混合物，中的一种或多种；
所述含硼的含能材料与含钼物质的质量比为100:1~100:50。
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