CN115141069A - 一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，本方法通过将市售低含量的无定形元素硼通过精制炉进行精制及后处理得到可以直接用于含硼富燃料推进剂用元素硼，将市售无定形元素硼与硼酐按比例混合在一定温度下加热到熔融状态，此时将精制助剂分多次喷溅到熔融的硼粉及硼酐混合料中，反应完全后保温，全程用惰性气体保护，待温度降低到室温时，取出物料进行后处理，酸洗两次，水洗两次，水洗后加入处理剂进行包覆处理，经包覆后烘干得到含硼富燃料推进剂用元素硼。本发明生产的无定形元素硼含量高，杂质少，能显著改善硼粒子的点火燃烧性能，并且与含硼富燃料推进剂有良好的相容性，能够改善含硼富燃料推进剂生产工艺，可直接应用于含硼富燃料推进剂中。
Description
技术领域
本发明涉及含硼富燃料推进剂技术领域，尤其涉及一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法。
背景技术
目前，含硼富燃料推进剂是制约固体火箭冲压发动机技术应用的瓶颈技术之一，而含硼富燃料推进剂对高含量硼粉的要求较高。市售的一些无定形元素硼含量较低，一般都在90％～95％左右。同时，硼粉表面的杂质(硼酸、氧化硼等)与HTPB(Hydroxyl-terminated polybutadiene，端羟基聚丁二烯)的羟基反应生成硼酸酯，引起凝胶化，导致HTPB/B不相容，不能直接用于含硼富燃料推进剂中。
发明内容
本发明实施例提供一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，指在解决现有含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法所得到的含硼富燃料推进剂用元素硼的含量低以及杂质多的问题。
本发明实施例提供一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1.将无定形元素硼和硼酐在惰性气体下按照重量比1:1-1:1.5进行混合，混合时间为2-4小时，所述无定形元素硼中的硼含量为84～92％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量5～13％；
S2.将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为2-4小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂2-3次，间隔时间0.5-1小时，精制总时长4-6小时，精制结束降温到室温后出炉，所述精制助剂配比：氟化氢钾19～39％，氯化钾7～17％，氟硼酸钾19～36％，氟化钾18～36％，其余加入氯化钾至100％；
S3.酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为 5mol/L-8mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为6mol/L-12mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤；
S4..水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤；
S5.包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
更进一步地，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为4小时，所述无定形元素硼中的硼含量为84％、镁含量12％；
在S2中，所述精制时间为4小时，喷入精制助剂的次数为3次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长6小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为8mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为12mol/L。
更进一步地，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为3小时，所述无定形元素硼中的硼含量为88％、镁含量9％；
在S2中，所述精制时间为3小时，喷入精制助剂的次数为2次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长为4小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为6mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为8mol/L。
更进一步地，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为2小时，所述无定形元素硼中的硼含量为90％、镁含量6％；
在S2中，所述精制时间为2小时，喷入精制助剂的次数为2次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长4小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为5mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为6mol/L。
更进一步地，所述惰性气体包括氩气以及氦气中的一种。
更进一步地，所述精制助剂配比为：氟化氢钾30％，氯化钾17％，氟硼酸钾30％，氟化钾20％，氯化钾至3％。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过将市售低含量的无定形元素硼通过精制炉进行精制及后处理得到可以直接用于含硼富燃料推进剂用元素硼，将市售无定形元素硼与硼酐按比例混合在一定温度下加热到熔融状态，此时将精制助剂分多次喷溅到熔融的硼粉及硼酐混合料中，反应完全后保温，全程用惰性气体保护，待温度降低到室温时，取出物料进行后处理，酸洗两次，水洗两次，水洗后加入处理剂进行包覆处理，经包覆后烘干得到含硼富燃料推进剂用元素硼。本发明生产的无定形元素硼含量高，杂质少，能显著改善硼粒子的点火燃烧性能，并且与含硼富燃料推进剂有良好的相容性，能够改善含硼富燃料推进剂生产工艺，可直接应用于含硼富燃料推进剂中。
附图说明
图1是本发明实施例3制得的含硼富燃料推进剂用元素硼在100nm下的结构图；
图2是本发明实施例3制得的含硼富燃料推进剂用元素硼在200nm下的结构图；
图3是本发明实施例3制得的含硼富燃料推进剂用元素硼在1um下的结构图；
图4是本发明实施例3制得的含硼富燃料推进剂用元素硼在2um下的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
S1.将无定形元素硼和硼酐在惰性气体下按照重量比1:1-1:1.5进行混合，混合时间为2-4小时，无定形元素硼中的硼含量为84～92％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量5～13％。
S2.将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为2-4小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂2-3次，间隔时间0.5-1小时，精制总时长4-6小时，精制结束降温到室温后出炉，精制助剂配比：氟化氢钾19～39％，氯化钾7～17％，氟硼酸钾19～36％，氟化钾18～36％，其余加入氯化钾至100％。其中，喷射精制助剂以惰性气体为载体，喷粉管在炉内缓慢喷射且惰性气体压力不宜太大应让精制助剂在炉内有效反应，喷射过程中要确保精制助剂与混合料各个部份充分接触。
S3.酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为 5mol/L-8mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为6mol/L-12mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤。
S4..水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤。
S5.包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
在本发明实施例中，通过将市售低含量的无定形元素硼通过精制炉进行精制及后处理得到可以直接用于含硼富燃料推进剂用元素硼，将市售无定形元素硼与硼酐按比例混合在一定温度下加热到熔融状态，此时将精制助剂分多次喷溅到熔融的硼粉及硼酐混合料中，反应完全后保温，全程用惰性气体保护，待温度降低到室温时，取出物料进行后处理，酸洗两次，水洗两次，水洗后加入处理剂进行包覆处理，经包覆后烘干得到含硼富燃料推进剂用元素硼。本发明生产的无定形元素硼含量高，杂质少，能显著改善硼粒子的点火燃烧性能，并且与含硼富燃料推进剂有良好的相容性，能够改善含硼富燃料推进剂生产工艺，可直接应用于含硼富燃料推进剂中。
实施例1
将无定形元素硼和硼酐在惰性气体氩气下按照重量比1:1进行混合，混合时间为4小时，无定形元素硼中的硼含量为84％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量12％。
将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为4小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂3次，间隔时间0.5小时，精制助剂配比：氟化氢钾30％，氯化钾17％，氟硼酸钾30％，氟化钾20％，氯化钾3％，精制总时长6小时，精制结束降温到室温后出炉。
酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为8mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为12mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤。
水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤。
包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌 2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
在本发明实施例中，能够制得总硼含量97.5％、过氧化氢不溶物0.33％、水溶性硼0.27％、粒径0.83um、PH值7.1、水分0.31％的含硼富燃料推进剂用无定形元素硼。
实施例2
将无定形元素硼和硼酐在惰性气体氩气下按照重量比1:1进行混合，混合时间为3小时，无定形元素硼中的硼含量为88％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量9％。
将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为3小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂2次，间隔时间0.5小时，精制助剂配比：氟化氢钾30％，氯化钾17％，氟硼酸钾30％，氟化钾20％，氯化钾3％，精制总时长4小时，精制结束降温到室温后出炉。
酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为6mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为8mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤。
水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤。
包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
在本发明实施例中，能够制得总硼含量96.8％、过氧化氢不溶物0.36％、水溶性硼0.25％、粒径0.86um、PH值7.2、水分0.29％的含硼富燃料推进剂用无定形元素硼。
实施例3
将无定形元素硼和硼酐在惰性气体氩气下按照重量比1:1进行混合，混合时间为2小时，无定形元素硼中的硼含量为90％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量6％。
将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为2小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂2次，间隔时间0.5小时，精制助剂配比：氟化氢钾30％，氯化钾17％，氟硼酸钾30％，氟化钾20％，氯化钾3％，精制总时长4小时，精制结束降温到室温后出炉。
酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为5mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为6mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤。
水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤。
包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌 2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
在本发明实施例中，能够制得总硼含量96.0％、过氧化氢不溶物0.41％、水溶性硼0.28％、粒径0.89um、PH值7.0、水分0.35％的含硼富燃料推进剂用无定形元素硼。含硼富燃料推进剂用无定形元素硼的结构如图1-4所示。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1.将无定形元素硼和硼酐在惰性气体下按照重量比1:1-1:1.5进行混合，混合时间为2-4小时，所述无定形元素硼中的硼含量为84～92％、过氧化氢不溶物≤0.4、镁含量5～13％；
S2.将混合料在精制炉中升温至600℃进行精制处理，精制时间为2-4小时，待精制炉中的物料呈半熔融状态时，喷入精制助剂2-3次，间隔时间0.5-1小时，精制总时长4-6小时，精制结束降温到室温后出炉，所述精制助剂配比：氟化氢钾19～39％，氯化钾7～17％，氟硼酸钾19～36％，氟化钾18～36％，其余加入氯化钾至100％；
S3.酸洗后处理：第一次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为5mol/L-8mol/L的稀硫酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次酸洗压滤；第二次酸洗按照固液质量比1:5加入浓度为6mol/L-12mol/L的稀盐酸加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次酸洗压滤；
S4.水洗后处理：对两次酸洗后的物料进行二次水洗，第一次水洗按照固液质量比1:20加入去离子水加热到90℃，搅拌2h，并进行第一次水洗压滤；第二次水洗按照固液质量比1:20加入蒸馏水加热到90℃，搅拌2h，并进行第二次水洗压滤；
S5.包覆后处理：对两次水洗后的物料进行处理剂包覆处理，将两次水洗后的物料、去离子水、处理剂，按照质量比19％：80％：1％，加热到75℃，搅拌2h，并进行压滤，真空70℃进行干燥得到含硼富燃料推进剂用元素硼。
2.如权利要求1所述的含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为4小时，所述无定形元素硼中的硼含量为84％、镁含量12％；
在S2中，所述精制时间为4小时，喷入精制助剂的次数为3次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长6小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为8mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为12mol/L。
3.如权利要求1所述的含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为3小时，所述无定形元素硼中的硼含量为88％、镁含量9％；
在S2中，所述精制时间为3小时，喷入精制助剂的次数为2次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长为4小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为6mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为8mol/L。
4.如权利要求1所述的含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，在S1中，所述无定形元素硼和所述硼酐的重量比为1:1，混合时间为2小时，所述无定形元素硼中的硼含量为90％、镁含量6％；
在S2中，所述精制时间为2小时，喷入精制助剂的次数为2次，所述间隔时间0.5小时，所述精制总时长4小时；
在S3中，第一次酸洗加入的稀硫酸浓度为5mol/L，第二次酸洗加入的稀盐酸浓度为6mol/L。
5.如权利要求1-4中任一项所述的含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氩气以及氦气中的一种。
6.如权利要求1-4中任一项所述的含硼富燃料推进剂用元素硼的制备方法，其特征在于，所述精制助剂配比为：氟化氢钾30％，氯化钾17％，氟硼酸钾30％，氟化钾20％，氯化钾至3％。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115784819A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-14 | 天元航材(营口)科技股份有限公司 | 一种高能含硼贫氧推进剂用无定形元素硼的制备方法 |
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| CN108840349A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-11-20 | 佛山腾鲤新能源科技有限公司 | 一种超细无定形硼粉的制备方法 |
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