CN115124396B - 一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体推进剂和高能燃料技术领域，具体涉及高一次燃烧效率的镁基金属燃料及其制备方法与应用。本发明提供的一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料，具有核壳结构，从内到外依次包括由镁颗粒组成的核、有机改性层以及氧化剂包覆层。本发明提供的高一次燃烧效率的镁基金属燃料能够有效降低镁基金属燃料的反应温度，提高其反应效率，增加反应放热。

Description

一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料及其制备方法与应用
技术领域
本申请涉及固体推进剂和高能燃料技术领域，尤其涉及一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料及其制备方法与应用。
背景技术
水反应金属燃料是一种应用于水冲压发动机的新型燃料，它以海水作为主氧化剂，利用海水与金属反应放出的热量来加热工质，因而大大减少了燃料自身所需携带氧化剂的量，使燃料具有很高的比冲。水反应金属燃料作为水冲压发动机的主燃料，水反应金属燃料的能量在水冲压发动机的两次燃烧过程中释放出来，其高能量特性取决于配方中的金属燃料的点火及燃烧过程。金属燃料颗粒的一次燃烧产生富燃燃气，之后与水进行二次反应释放出大量能量，这是水冲压发动机的工作方式。在这个过程中，降低金属燃料的点火温度、提高金属燃料反应效率，是提高推进剂燃烧效率、提高发动机比冲的必要手段。
镁颗粒作为水反应金属燃料的一种，在水冲压发动机中得到了广泛应用。传统水反应金属燃料与氧化剂通过机械混合的方式，压铸成型后作为水冲压发动机的推进剂使用。该类推进剂在发动机一次燃烧过程中，由于氧化剂含量低、氧化剂分布不均匀，导致其反应温度高且反应效率不高，使得在进行二次燃烧时仍有部分金属颗粒存在，与海水进行燃烧时的效率降低；或者会导致镁基金属燃料的反应温度过低，稳定性变差，容易发生危险。如何降低镁金属颗粒的反应温度、提高其反应效率从而增加反应放热的同时保证其稳定性是需要解决的一个技术问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一方面目的在于提供一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料，该镁基金属燃料具有核壳结构，能够有效降低镁基金属燃料的反应温度，提高其反应效率，增加反应放热。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料，所述镁基金属燃料具有核壳结构，从内到外依次包括由镁颗粒组成的核、有机改性层以及氧化剂包覆层。
本申请中，将镁颗粒进行有机改性，获得具有有机改性层的改性镁颗粒。所述改性镁颗粒的表面携带有有机活性基团，有机活性基团能够提高镁颗粒的亲润性，与外层的氧化剂层牢固结合，氧化剂层能够与有机改性层紧密结合，包覆牢固。氧化剂包覆层能够为镁基金属燃料提供所必须的氧，且将氧化剂包覆在改性镁颗粒表面，使得镁颗粒携带氧化剂充足且分布均匀，其传质距离和传热距离变小，从而能够有效降低镁颗粒的反应温度，提高一次燃烧效率，增加放热。
所述有机改性层包括有机活性基团；
优选的，所述有机活性基团具有羟基、氨基、羧基、醚键、醛基、酮基、羰基、酯基、酸酐其中的一种或几种。
本发明中，将镁颗粒进行表面改性，引入有机改性层。有机改性层具有有机活性基团，这些有机活性基团能够提高镁颗粒的亲润性，与外层的氧化剂层牢固结合，氧化剂层能够与有机改性层紧密结合，包覆牢固。
更优选的，所述有机改性层为醌类化合物和单宁酸形成的有机改性层。
醌类化合物和单宁酸与镁颗粒表面的镁原子通过配位结合，在镁颗粒的表面形成一层完整的稳定的有机改性层。
更优选的，所述醌类化合物为胡桃醌。
所述氧化剂包覆层包括含能材料和氟聚物。
氧化剂包覆层能够提供水反应金属燃料推进剂可靠点火与维持正常燃烧所必须的氧。本申请中，氧化剂包覆层包括含能材料，含能材料能够在极短时间内能够迅速释放大量能量，并对外做功的物质，含能材料含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物，能独立进行化学反应并输出能量。本申请中，含能材料发生热分解反应，其氧化分解产物发生氧化反应，能够产生大量的热。氟聚物是指主链上碳-氢键上的氢原子被氟原子全部或部分取代的一类聚合物。本申请中，氧化剂包覆层包括氟聚物，氟聚物为高分子氧化剂，并利用其易析出成膜的特性，能够使得氧化剂包覆层与改性镁颗粒结合紧密，避免在储存或者使用的过程中脱落。
所述含能材料为硝胺类炸药或高能盐类含能材料。
所述氟聚物包括聚偏氟乙烯或全氟聚醚。
本申请中，聚偏氟乙烯或全氟聚醚成膜性好且有着较高的表面张力性能，对金属有着较强的粘着特性。聚偏氟乙烯或全氟聚醚能够改性镁颗粒表面的氧化剂包覆层与镁颗粒结合紧密，牢固，有效避免氧化剂包覆层的脱落。
所述硝胺类炸药分子中含有氮-硝基基团；
优选的，所述硝胺类炸药包括环三亚甲基三硝胺、环四亚甲基四硝胺。
硝胺类炸药在受热时发生剧烈放热并释放大量气体，在镁金属表面形成“微爆”效应，破坏镁颗粒的氧化层，暴露出内部活性镁，从而提高镁颗粒的反应活性，有利于提高镁颗粒一次燃烧效率。
所述高能盐类含能材料为具有高能量密度的强氧化剂；
优选的，所述高能盐类含能材料包括高氯酸铵、高氯酸锂、二硝酰胺铵。
以高氯酸铵、高氯酸锂、二硝酰胺铵为代表的高能盐类含能材料，具有能量和有效含氧量高，成气性好，安全性高的特点，其发生热分解反应，热分解的分解产物之间发生氧化还原反应，部分镁与热分解产物发生氧化还原反应等，上述反应均为放热反应，产生大量热量，提高温度，有利于后续反应。
本发明还提供了上述的高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，该制备方法工艺流程简单，所述原料资源丰富易得，环保无污染，可实现大规模工业化连续性生产。上述的镁基金属燃料的制备方法，包括以下步骤：
将表面改性的镁颗粒置于氧化剂溶液中，搅拌至混合均匀后缓慢滴加反溶剂，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加反溶剂，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，得到核壳结构镁复合燃料。
本申请通过溶剂-反溶剂的方法，将氧化剂析出，包覆于改性镁颗粒的表面。使得改性镁颗粒能够携带氧化剂且氧化剂分布均匀，从而使得改性镁颗粒表面均匀包覆氧化剂，减小传质和传热的距离，降低反应温度，提高一次燃烧效率，增加反应放热。
所述表面改性的镁颗粒表面具有有机活性基团。
所述镁颗粒的表面改性方法包括：将醌类化合物和单宁酸溶于有机溶剂中，搅拌至颜色变为褐色，加入镁颗粒，搅拌后冷冻真空干燥，获得表面改性的镁颗粒。
本申请中，醌类化合物、单宁酸和镁颗粒的镁原子在有机溶剂中发生聚合反应，形成一层完整稳定的有机改性层，有机改性层上具有羟基、氨基、羰基等有机活性基团，将镁颗粒表面改性，获得易于诱导氧化剂析出的改性镁颗粒。
其中：
所述醌类化合物和单宁酸的质量比为：20：1～1:20；
优选的，醌类化合物和单宁酸的质量比为：10：1～1:10；
更优选的，醌类化合物和单宁酸的质量比为：5：1～1:5。
其中，醌类化合物和丹宁酸的质量比可以为20：1、15：1、10：1、5：1、2：1、1:1、1:2、1：5、1：10、1：15、1：20。
所述镁颗粒与改性溶液质量体积比为：0.01g/ml～1.00g/ml；镁颗粒与改性溶液质量体积比可以为0.01g/ml、0.03g/ml、0.05g/ml、0.07g/ml、0.09g/ml、1.00g/ml。
加入镁颗粒搅拌的时间为1.5～2.5h；搅拌时间可以为1.5h、2h、2.5h。
将醌类化合物和单宁酸溶于以下有机溶剂中：N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺、甲醇、丙酮、乙醇中的一种或多种。
本申请在有机溶剂中进行镁颗粒表面改性，能够避免镁颗粒在改性过程中被氧化。有机溶剂可以为N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺、甲醇、丙酮、乙醇或者其中的两者或两者以上的混合。
所述氧化剂溶液的制备方法包括：将含能材料和氟聚合物溶于有机溶剂，搅拌至完全溶解；
其中：
所述含能材料和氟聚合物的质量比为：1～2:1；含能材料和氟聚合物的质量比可以为1：1、1.5：1、2：1。
有机溶剂包括N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺、甲醇、丙酮、乙醇中的一种或多种。
本发明的另一个目的是提供采用上述的高一次燃烧效率的镁基金属燃料的水冲压发动机、水下航行器、和鱼雷。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用核壳结构使得镁颗粒具有有机改性层和氧化剂包覆层，氧化剂含量充足，分布均匀，使得氧化剂和镁颗粒之间传质距离和传热距离更小，反应活性更高，从而能够降低镁金属颗粒的反应温度、提高其反应效率，从而增加反应放热。
本发明高一次燃烧效率的镁基金属燃料制备工艺流程简单，且所述原料资源丰富易得，既节约了成本，又提高了制作过程中的安全性，可操作性强、环保、无污染，完全性和重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1为实施例1制备获得的表面改性镁颗粒SEM形貌图；
图2为实施例1制备获得的表面改性镁颗粒表面元素分布图；
图3为实施例1制备获得的表面改性镁颗粒红外测试图；
图4为实施例1制备获得的表面改性镁颗粒X射线光电子能谱图；
图5为实施例1制备获得的表面改性镁颗粒XRD图；
图6为实施例1制备获得的镁基金属燃料表面元素分布图；
图7为实施例1制备获得的镁基金属燃料XRD图；
图8为对比例1制备获得的镁基金属燃料热流曲线图；
图9为实施例1制备获得的镁基金属燃料热流曲线图；
图10为实施例2制备获得的镁基金属燃料和实施例3制备获得的镁基金属燃料热分析结果图；
图11为实施例2制备获得的表面改性镁颗粒SEM形貌图；
图12为实施例3制备获得的镁基金属燃料表面元素分布结果图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
如未特殊说明，在以下实施方式中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.1g胡桃醌和0.1g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌2小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取50mg高氯酸铵和50mg聚偏氟乙烯溶于20mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
实施例2
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.05g胡桃醌和0.1g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌2小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取50mg高氯酸铵和50mg全氟聚醚溶于20mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
实施例3
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.05g胡桃醌和0.05g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌2小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取40mg高氯酸铵和40mg聚偏氟乙烯溶于10mlN’N-二甲基甲酰胺/10ml丙酮混合溶剂中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
实施例4
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.01g胡桃醌和0.2g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌1.5小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取50mg高氯酸铵和25mg聚偏氟乙烯溶于10mlN’N-二甲基甲酰胺+10ml丙酮混合溶液中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
实施例5
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.2g胡桃醌和0.01g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌2.5小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取50mg高氯酸铵和50mg聚偏氟乙烯溶于20mlN’N-二甲基乙酰胺溶液中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
实施例6
一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)镁表面改性溶液配置：称取0.2g胡桃醌和0.01g单宁酸溶于40mlN’N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至颜色变为褐色。
(2)镁表面改性：将500mg镁颗粒加入至上述改性溶液中，磁力搅拌2.5小时后冷冻真空干燥，获得表面改性镁颗粒；
(3)氧化剂溶液配置：称取50mg黑索金和50mg聚偏氟乙烯溶于20mlN’N-二甲基乙酰胺溶液中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(4)核壳结构镁基金属燃料制备；称取500mg表面改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，核壳结构镁复合燃料。
对比例1
(1)氧化剂溶液的配制：称取50mg黑索金和50mg聚偏氟乙烯溶于20mlN’N-二甲基乙酰胺溶液中，磁力搅拌至完全溶解，获得氧化剂溶液；
(2)镁基金属燃料的制备：称取500mg未改性镁颗粒，置于上述氧化剂溶液中，磁力搅拌至混合均匀后缓慢滴加正己烷，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加正己烷，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，获得产物。
对比例2
实验采用高转速搅拌式高能球磨机制备镁基水反应活性材料，按照实施例1的配方，即称取500mg镁颗粒、50mg高氯酸铵、50mg聚偏氟乙烯加入球磨机不锈钢球磨罐中，按照球料比10∶1加入直径为5.1mm的球磨不锈钢球(100Cr6)，设定为循环操作的模式，转速控制为1200r·min－1(48s)和800r·min－1(12s)，开启冷却水系统，在氩气气氛下球磨1h，获得传统机械混合所得的镁基金属燃料。
对实施例1-5以及对比例1-2制备的镁基金属燃料进行热分析，结果如表一所示。
表一：镁基金属燃料热分析结果
序号 反应温度(℃) 放热量(J/g) 包覆效果
实施例1 270℃ 1936J/g 核壳结构包覆
实施例2 284℃ 2069J/g 核壳结构包覆
实施例3 281℃ 1914J/g 核壳结构包覆
实施例4 286℃ 2118J/g 核壳结构包覆
实施例5 279℃ 1994J/g 核壳结构包覆
实施例5 267℃ 1885J/g 核壳结构包覆
对比例1 472℃ 1718J/g 未形成包覆层
对比例2 232℃ 2057J/g 未形成均匀包覆层
本申请实施例1-5热分析结果显示，本申请能够形成良好的核壳结构的包覆效果，反应温度降低，放热量提高，提高了一次燃烧效率。对比例1中镁颗粒未经改性，没有形成有机改性层，故未形成包覆层，其反应温度较高，放热量也有所降低，反应效率低；对比例2中采用机械混合得到的镁基金属燃料，其氧化剂分布不均匀，未能形成均匀的包覆层，此实施例导致反应温度过低，其稳定性降低，在制备、储存、使用的过程中容易发生危险，其安全性较低。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料，其特征在于，所述镁基金属燃料具有核壳结构，从内到外依次包括由镁颗粒组成的核、有机改性层以及氧化剂包覆层；
所述有机改性层具有有机活性基团；
所述有机改性层为胡桃醌和单宁酸形成的有机改性层；
所述氧化剂包覆层包括含能材料和氟聚物。
2.根据权利要求1所述的镁基金属燃料，其特征在于，所述含能材料为硝胺类炸药或高能盐类含能材料。
3.根据权利要求1所述的镁基金属燃料，其特征在于，所述氟聚物包括聚偏氟乙烯和全氟聚醚。
4.根据权利要求2所述的镁基金属燃料，其特征在于，所述硝胺类炸药分子中含有氮-硝基基团；
所述高能盐类含能材料为具有高能量密度的强氧化剂。
5.根据权利要求4所述的镁基金属燃料，其特征在于，所述硝胺类炸药包括环三亚甲基三硝胺、环四亚甲基四硝胺；
所述高能盐类含能材料包括高氯酸铵、高氯酸锂、二硝酰胺铵。
6.一种权利要求1-5任一项所述的镁基金属燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将表面改性的镁颗粒置于氧化剂溶液中，搅拌至混合均匀后缓慢滴加反溶剂，当溶液中出现絮状颗粒时停止滴加反溶剂，冷冻真空干燥至溶剂完全挥发，得到核壳结构镁复合燃料；
所述表面改性的镁颗粒表面具有有机活性基团。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述镁颗粒的表面改性方法包括：将醌类化合物和单宁酸溶于有机溶剂中，搅拌至颜色变为褐色，加入镁颗粒，搅拌后冷冻真空干燥，获得表面改性的镁颗粒；
其中：
所述醌类化合物和单宁酸的质量比为：20:1～1:20；
所述镁颗粒与改性溶液质量体积比为：0.01g/ml～1.00g/ml；
加入镁颗粒搅拌的时间为1.5～2.5h；
将醌类化合物和单宁酸溶于以下有机溶剂中：N’N-二甲基甲酰胺、N’N-二甲基乙酰胺、甲醇、丙酮、乙醇中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
所述氧化剂溶液的制备方法包括：将含能材料和氟聚合物溶于有机溶剂，搅拌至完全溶解；
其中：
所述含能材料和氟聚合物的质量比为：1-2:1。
9.采用权利要求1～5任一项所述的镁基金属燃料的水冲压发动机、水下航行器、和鱼雷。
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CN108191589B (zh) * 2018-03-13 2018-11-20 中国人民解放军国防科技大学 一种高燃速压强指数中硼含量富燃料推进剂
CN108727146A (zh) * 2018-06-13 2018-11-02 湖北航天化学技术研究所 一种含硼基复合金属粉的富燃料推进剂
CN110885280B (zh) * 2019-12-05 2024-01-05 西北工业大学 基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法
CN112939707B (zh) * 2021-02-05 2022-03-29 西安近代化学研究所 一种铝基含能MOFs及其制备方法

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