CN113956120A - 一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料 - Google Patents

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刘睿
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Abstract

本发明涉及一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，属于含能材料技术领域。以所述混合燃料的总体质量为100％计，金属铝粉质量分数为18～48％，分子钙钛矿含能材料质量分数为82～52％，分子钙钛矿含能材料为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料。所述混合燃料通过机械混合法制备。所述混合燃料引入新的高能量密度分子钙钛矿含能材料作为固体推进剂的氧化剂成分，明显提高了混合燃料的燃烧热，通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达10412KJ/Kg，高于现有可用于高能固体推进剂的AP/Al混合燃料热值8000～8500KJ/Kg。实现推进剂混合燃料能量的改善，促进高能固体推进剂的发展与应用。

Description

一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料
技术领域
本发明涉及一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，属于含能材料技术领域。
背景技术
一代材料，一代装备。含能材料更新换代的速度直接关系到装备现代化的发展进程。新时期装备跨越式发展目标对装备的动力系统提出了更高更大的要求，特别是对固体推进剂高能化发展，提出高热值、高比冲、高燃速等高能推进剂发展目标。随着金属燃料氢化铝(AlH3)及叠氮粘合剂等材料在固体推进剂中的应用，进一步挖掘燃料与粘合剂组分的能量潜力将十分有限，而氧化剂因其质量占固体推进剂总质量的70％及以上，寻找满足高能化发展的高能氧化剂，研制新型高能化推进剂燃料，以突破当前固体推进剂能量性能瓶颈，被视为固体推进剂高能化的重点研究方向。不同于常规氧化剂高氯酸铵(AP)只能单一作为氧化剂，不具备高能特性，分子钙钛矿含能材料因为兼具爆轰性能和强氧化性以及成本经济等优势受到推进剂领域的广泛关注。以分子钙钛矿含能材料中的典型代表(H2dabco)[NH4(ClO4)3](DAP-4)为例，DAP-4的密度为1.87g/cm3，理论爆速为8.8km/s，理论爆热为5.87MJ/kg，对比现有高能炸药黑索今(RDX)、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等，表现出良好的爆轰性能，同时其分子结构中富含高氯酸根，表现出极强的氧化性。
中国专利CN 106278771B报道了钙钛矿含能材料的合成，分子钙钛含能材料因其结构特点在引爆时具有优良的瞬间能量。中国专利CN 110818518B报道了一种新型的钙钛矿化合物，可作为一种含能材料应用于高威力耐热炸药及民用石油射孔弹，与现有技术S992炸药对比，钙钛矿含能材料具有相对密度高和爆速高的优点。但是，现有文献、专利还未有分子钙钛矿含能材料应用在固体推进剂混合燃料中的报道，也没有金属燃料与分子钙钛矿复合含能材料相关研究。
发明内容
为了改善现有推进剂能量不足的缺陷，本发明的目的在于提供一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
金属铝粉： 18％～48％；
分子钙钛矿含能材料： 82％～52％。
所述分子钙钛矿含能材料为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料，优选(H2dabco)[NH4(ClO4)3](DAP-4)、(H2dabco)[Na(ClO4)3](DAP-1)、(H2dabco)[K(ClO4)3](DAP-2)、(H2mpz)[NH4(ClO4)3](PAP-M4)、(H2pz)[NH4(ClO4)3](PAP-4)、(H2hpz)[NH4(ClO4)3](PAP-H4)、(H2dabco-O)[NH4(ClO4)3](DAP-O4)、(H2mdabco)[NH4(ClO4)3](DAP-M4)、(H2dabco)[NH3OH(ClO4)3](DAP-6)和(H2dabco)[NH2NH3(ClO4)3](DAP-7)中的至少一种。
一种本发明所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将金属铝粉和分子钙钛矿含能材料放入研钵中，加入乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，得到本发明所述的分子钙钛矿含材料复合金属铝的推进剂混合燃料。
优选的，碾磨时间为5min～15min。
有益效果
1.本发明提供了一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，所述混合燃料引入新的高能量密度分子钙钛矿含能材料作为固体推进剂的氧化剂成分，明显提高了混合燃料的燃烧热，通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达10412KJ/Kg，高于现有可用于高能固体推进剂的AP/Al混合燃料热值8000KJ/Kg～8500KJ/Kg。实现推进剂混合燃料能量的改善，促进高能固体推进剂的发展与应用。
2.本发明提供了一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，所述混合燃料可以根据高能固体推进剂参数需求调控能量水平，实现固体推进剂性能的提升。
3.本发明提供了一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法制备工艺简单，有利于放大生产。
附图说明
图1为实施例1中DAP-4的XRD图。
图2为实施例1中金属铝粉的XRD图。
图3为实施例1中终产物的XRD图。
图4为实施例1中终产物的SEM形貌测试图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。对实施例1～6制备的终产物进行如下测试：
(1)X-射线粉末衍射(XRD)：粉末衍射仪，布鲁克公司，型号：DB-Advance
(2)扫描电子显微镜(SEM)表征：BCPCA公司，型号：S4800
(3)燃烧热测试。采用天润科技微机全自动量热仪TRHW-7000C对实施例1～6中终产物质量燃烧热进行测试。
燃烧热测试方法：取用终产物0.4g，放入氧弹中，通过自动点火测试，获得燃烧热数值。
实施例1
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
金属铝粉：38％；
DAP-4：62％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.38g铝粉和0.62g DAP-4粉末放入玛瑙研钵中，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，15min分钟后停止，得到终产物。
实施例2：
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各组分成分及其质量分数如下：
金属铝粉：18％；
DAP-4：82％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.18g铝粉和0.82g DAP-4粉末放入玛瑙研钵中，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，15min分钟后停止，得到终产物。
实施例3：
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各组分成分及其质量分数如下：
金属铝粉：48％；
DAP-4：52％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.48g金属铝粉和0.52g DAP-4放入玛瑙研钵中，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，10min分钟后停止，得到终产物。
实施例4：
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各组分成分及其质量分数如下：
金属铝粉：38％；
DAP-4和DAP-6：62％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.38g金属铝粉和0.62g分子钙钛矿含能材料粉末放入玛瑙研钵中，所述分子钙钛矿含能材料为0.31g DAP-4和0.31g DAP-6的混合物，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，5min分钟后停止，得到终产物。
实施例5：
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各组分成分及其质量分数如下：
金属铝粉：35％；
PAP-H4：65％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.35g金属铝粉和0.65g PAP-H4放入玛瑙研钵中，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，15min分钟后停止，得到终产物。
实施例6：
一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各组分成分及其质量分数如下：
金属铝粉：30％；
DAP-M4：70％。
一种本实施例所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
将0.30g金属铝粉和0.70g DAP-M4放入玛瑙研钵中，加入少量的乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，15min分钟后停止，得到终产物。
为了判定实施例中终产物的组分，对实施例1中的两种原料和终产物分别进行了X射线衍射表征(XRD)，结果如图1～3所示。从图3中可以看出，终产物为金属铝粉和DAP-4的复合物，即本发明所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料。实施例2～6终产物的XRD测试结果与实施例1测试结果类似。
为了判定所述分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料双组分混合均匀性，对实施例1制得的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料进行SEM测试，表征结果如图4所示。从图4中可以看出，采用机械混合法可以使双组分混合燃料混合均匀。实施例2～6制得的终产物SEM观察结果与实施例1测试结果类似。
对实施例1～6中终产物燃烧热进行测试，结果如表1所示：
表1实施例1～6中终产物质量燃烧热
Figure BDA0003317580470000051
Figure BDA0003317580470000061
从测试结果可以看出，本发明所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料具有较高的燃烧热值。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，其特征在于：以所述混合燃料的总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
金属铝粉： 18％～48％；
分子钙钛矿含能材料： 82％～52％；
所述分子钙钛矿含能材料为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料。
2.根据权利要求1所述的一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料，其特征在于：分子钙钛矿含能材料为(H2dabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[Na(ClO4)3、(H2dabco)[K(ClO4)3]、(H2mpz)[NH4(ClO4)3]、(H2pz)[NH4(ClO4)3]、(H2hpz)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco-O)[NH4(ClO4)3]、(H2mdabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[NH3OH(ClO4)3]和(H2dabco)[NH2NH3(ClO4)3]中的至少一种。
3.一种如权利要求1或2所述的分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，其特征在于：所述方法为机械混合法。
4.根据权利要求3所述的一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，其特征在于：所述机械混合法具体步骤如下：
将金属铝粉和分子钙钛矿含能材料放入研钵中，加入乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，得到一种分子钙钛矿含材料复合金属铝的推进剂混合燃料。
5.根据权利要求4所述的一种分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料的制备方法，其特征在于：碾磨时间为5min～15min。
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