CN114085120A - 一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料 - Google Patents

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刘睿
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Abstract

本发明涉及一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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，硼粉质量分数为7～32％，分子钙钛矿含能材料粉末质量分数为68～93％，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。所述混合燃料基于含硼贫氧固体推进剂混合燃料体系，引入新型高能量密度分子钙钛矿含能材料作为氧化剂成分，获得具有高燃烧性能的含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达9640KJ/Kg，明显提高了混合燃料的燃烧热。实现含硼贫氧推进剂混合燃料能量的改善，促进含硼贫氧固体推进剂的发展与应用。

Description

一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料
技术领域
本发明涉及一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，属于含能材料技术领域。
背景技术
一代材料，一代装备。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。高燃烧热值金属燃料硼是贫氧固体推进剂中的重要燃料。采用氧化剂高氯酸铵(AP)与硼复合制备的混合燃料具有良好的放热性能，但是，其点火性能较差。为增强高热值材料金属燃料硼点火性能，并使其在燃烧过程释放出更多的热量，含硼贫氧推进剂逐步采取高能炸药黑索今(RDX)、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等高能炸药作为混合燃料的氧化剂成分。
近年来，分子钙钛矿含能材料因具有爆轰性能、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。不同于常规氧化剂高氯酸铵和现有高能氧化剂等只具有单一氧化性，分子钙钛矿含能材料的分子结构中富含高氯酸根，不仅表现出极强的氧化性，还具有优良的爆轰性能，可应用于含硼混合燃料中，提高混合燃料的点火性能和能量释放水平。但是现有文献专利还未有分子钙钛矿含能材料或分子钙钛矿含能材料和金属燃料硼结合应用于推进剂燃料中的报道。
发明内容
为克服现有技术存在推进剂能量不足的缺陷，本发明的目的在于提供一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，以所述混合燃料组成成分的总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
硼粉 7％～32％；
分子钙钛矿含能材料粉末 68％～93％。
所述分子钙钛矿含能材料粉末为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料粉末，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。
一种本发明所述的含硼分子钙钛矿含能材料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：
将硼粉和分子钙钛矿含能材料粉末放入研钵中，加入乙醇进行润湿，采用研杵反复碾磨至混合均匀，得到本发明所述的含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。
优选的，所述碾磨时间为5min～15min。
有益效果
1.本发明提供了一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，所述混合燃料基于含硼贫氧固体推进剂混合燃料体系，引入新型高能量密度分子钙钛矿含能材料作为氧化剂成分，获得具有高燃烧性能的含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达9640KJ/Kg，高于现有含硼贫氧固体推进剂的能量水平，明显提高了混合燃料的燃烧热。实现含硼贫氧推进剂混合燃料能量的改善，促进含硼贫氧固体推进剂的发展与应用。
2.本发明提供了一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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.本发明提供了一种含硼分子钙钛矿含能材料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中金属燃料硼的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中分子钙钛矿含能材料复合金属铝的推进剂混合燃料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
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：
硼粉 22％；
DAP-4粉末 78％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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0.22g硼粉和0.78g DAP-4粉末放入玛瑙研钵中，加入乙醇进行润湿，采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
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：
硼粉 7％；
DAP-4粉末 93％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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0.07g硼粉和0.93g DAP-4粉末放入玛瑙研钵中，加入乙醇进行润湿，采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
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：
硼粉 32％；
DAP-4粉末 68％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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0.32g硼粉和0.68g DAP-4粉末放入玛瑙研钵中，加入乙醇进行润湿，采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
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：
硼粉 22％；
DAP-6粉末 78％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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0.22g硼粉和0.78g DAP-6粉末放入玛瑙研钵中，加入乙醇进行润湿，采用研杵反复碾磨，5min分钟后停止，得到终产物。
实施例5
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：
硼粉 20％；
DAP-6和DAP-7粉末 80％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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0.20g硼粉和0.80g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粉末为和0.4g DAP-6粉末与0.4g DAP-7粉末混合物，加入乙醇进行润湿，采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
一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，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：：
硼粉 30％；
PAP-M4粉末 70％。
一种本实施例所述的含硼分子钙钛矿含能材料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硼粉和0.70g PAP-M4粉末放入玛瑙研钵中，加入乙醇进行润湿，采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DAP-4和硼粉复合物，即本发明所述的含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。实施例2～6终产物XRD测试结果与实施例1测试结果类似。
为了判定终产物双组分混合均匀性，对实施例1制得的终产物进行扫描电子显微镜(SEM)测试，测试结果如图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终产物的SEM测试结果与实施例1测试结果类似。
对实施例1～6中终产物质量燃烧热进行测试，结果如表1所示：
表1实施例1～6中终产物质量燃烧热
实施例 1 2 3 4 5 6
燃烧热(kJ/kg) 9640 9010 8988 9550 9509 8706
从测试结果可以看出，本发明所述的含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料具有较高的质量燃烧热值。
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)

1.一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，以所述混合燃料组成成分的总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
硼粉 7％～32％，
分子钙钛矿含能材料粉末 68％～93％；
所述分子钙钛矿含能材料粉末为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料粉末。
2.根据权利要求1所述的一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料，其特征在于：分子钙钛矿含能材料粉末为(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所述的含硼分子钙钛矿含能材料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所述的一种含硼分子钙钛矿含能材料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：
将硼粉和分子钙钛矿含能材料粉末放入研钵中，加入乙醇进行润湿，用研杵反复碾磨至混合均匀，得到一种含硼分子钙钛矿含能材料混合燃料。
5.根据权利要求4所述的一种含硼分子钙钛矿含能材料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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