CN115286475B - 一种激光微推力器的gap烧蚀工质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种激光微推力器的GAP烧蚀工质及其制备方法。针对现有GAP基烧蚀工质的碳粉团聚烧蚀性能不稳定、烧蚀能量释放不充分需要氧平衡调节的问题，本发明提出在GAP粘稠液中掺杂正氧平衡的AP、ADN有机溶液、或更高能量密度的AlH3、LiAlH4有机溶液以及聚氨酯黑漆吸光剂，有效解决了GAP基烧蚀工质的吸光剂团聚现象和负氧平衡问题，显著增强了工质烧蚀的化学能量释放。制备出的高能量释放率GAP烧蚀工质，可显著提高激光微推力器的比冲、元冲量、推进效率。
Description
技术领域
本发明属于卫星推进技术领域，提供了一种用于激光微推力器的高能量释放率GAP烧蚀工质制备方法
背景技术
激光微推力器是利用高功率密度激光辐照烧蚀工质，通过形成高速反喷的等离子体羽流产生推力，用于卫星姿轨控。激光微推力器具有高比冲、高推进效率、推力调节范围大且可控性好、小型化、轻质化等特点。通过激光器参数的调节和烧蚀工质的优化，可调节激光微推力器的推进性能，烧蚀工质的优化是提高激光推力器推进性能的重要途径之一。
激光微推力器的烧蚀工质根据工质材料是否含能可分为两类，一类是普通烧蚀工质，在激光烧蚀工质过程中将激光能量转为为羽流喷射的动能；另一类是含能烧蚀工质，在激光烧蚀工质过程中不仅将激光能量转化为羽流喷射的动能，还要释放化学能并转化为羽流喷射的动能。因此，含能材料构成的烧蚀工质由于比冲高、元冲量大、推进效率高，成为热点研究的烧蚀工质。
聚叠氮缩水甘油醚(GAP)可在较低激光功率密度下烧蚀，通过叠氮基裂解和主链解聚释放大量化学能，产生良好的推进性能。目前，GAP基烧蚀工质优化的主要方式：一是，掺杂纳米碳或红外染料作为激光吸光剂，提高激光能量的沉积效率；二是，掺杂纳米铝含能颗粒物，增强烧蚀化学能释放。但是，GAP基烧蚀工质性能优化，将面临以下问题：
(1)所掺杂碳粉团聚造成GAP工质出现不均匀粗大碳颗粒物，产生不均匀烧蚀现象，导致推进性能不稳定。
与碳粉相比，油性聚氨酯黑漆也是一种有效的激光吸收剂，其在GAP工质中的掺杂同样可提升GAP对激光能量的吸收。由于油性聚氨酯黑漆中含有分散剂，可使黑漆中的黑色颜填料均匀分散，不易出现团聚现象，因此用油性聚氨酯黑漆取代碳粉对GAP工质进行黑化处理，可有效避免GAP工质浆料中出现大尺寸的碳颗粒物。
(2)激光烧蚀过程中GAP工质化学能释放不充分，需要进行氧平衡调节。
如果GAP工质中的助燃元素O刚好将可燃元素C、H、N氧化成CO2、H2O和NO2，那么GAP将处于零氧平衡状态，此时GAP工质将充分释放化学能，可使激光微推力器表现出更优异的推进性能。但根据氧平衡计算公式，GAP工质(单体为C3H7N3O2)处于负氧平衡(-102.56％)状态，因此GAP工质烧蚀的化学能释放不完全。并且GAP中加入的铝粉含能颗粒物也需要消耗O元素进行氧化还原反应释放化学能，加剧了这种负氧状态。
高氯酸铵(AP)和二硝基酰胺铵(ADN)是固体推进剂中常用的优良氧化剂，它们均具有有效的氧含量，氧平衡分别为34％和25.8％。AP和ADN分解过程中均可提供工质燃烧所需要的氧，显著提高工质燃烧能量的释放。因此，通过合理的掺杂工艺设计，在GAP工质中掺杂一定量的AP和ADN可为解决氧平衡调节问题提供有效途径。
(3)掺杂高能量密度含能材料提高推进性能。
与GAP中常用的铝粉含能材料相比，三氢化铝(AlH3)和氢化铝锂(LiAlH4)具有更高的燃烧热，研究表明，通过机械研磨的方法在GAP中掺杂一定量的AlH3可使GAP的起始分解温度大幅提前，使GAP主链和叠氮基的分解几乎同时发生，从而大幅提高GAP基推进剂的能量释放。由于AlH3和LiAlH4的吸湿性较强，且易遇水分解发生爆炸性反应，现阶段AlH3和LiAlH4在GAP中的掺杂主要通过机械研磨的方法来实现。通过合理的掺杂工艺设计，在极低水含量和氧含量环境中，在GAP中掺杂合适比例的AlH3或LiAlH4是提升GAP基工质烧蚀能量释放率的一条有效途径。
发明内容
本发明针对现有GAP基烧蚀工质的碳粉团聚烧蚀性能不稳定、能量释放不充分的问题，首先，采用油性聚氨酯黑漆替代碳粉作为GAP基工质吸光剂，不仅避免了吸光剂在GAP粘稠液中的团聚，还增大了激光能量沉积效率。加入高氯酸铵(AP)和二硝基酰胺铵(ADN)等氧化剂，可实现对GAP基工质激光烧蚀氧平衡的调节，提升GAP基工质激光烧蚀能量释放率。加入高能金属氢化物AlH3或LiAlH4代替铝粉，可进一步提升GAP基工质激光烧蚀能量释放率。
本发明涉及一种用于激光微推力器的高能量释放率GAP烧蚀工质制备方法，具体的技术方案如下：
一种激光微推力器的GAP烧蚀工质，包含如下质量分数的组分：
氧化剂或者高能金属氢化物8-12％；
吸光剂2-8％；
聚叠氮缩水甘油醚80-90％；
所述的氧化剂为AP和/或ADN，所述高能金属氢化物为AlH3和/或LiAlH4；所述吸光剂为聚氨酯黑漆。
所述氧化剂或者高能金属氢化物的质量分数选自8％、9％、10％、11％、12％中的任一数值或任两者之间的范围值。
所述吸光剂的质量分数选自2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％中的任一数值或任两者之间的范围值。
可选的，所述激光微推力器的GAP烧蚀工质的粘度为200mPa·s～500mPa·s。
本申请还提出了用于激光微推力器的GAP烧蚀工质的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)制备聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液；；
步骤2)制备氧化剂或高能金属氢化物的有机溶液；
步骤3)将氧化剂或高能金属氢化物的有机溶液注入聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液中，注入过程中持续搅拌混合，再加入聚氨酯黑漆得到混合溶液；
步骤4)在油浴条件下对混合溶液进行混匀、挥发，得到GAP基烧蚀工质浆料；
步骤5)将GAP基烧蚀工质浆料涂于塑料薄膜上，干燥后形成激光微推力器的GAP烧蚀工质。
可选的，所述步骤4)中油浴温度控制在40℃～50℃。
可选的，所述步骤1)中制备聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液的步骤如下：
将固体的聚叠氮缩水甘油醚加入到有机溶剂中搅拌溶解，聚叠氮缩水甘油醚与有机溶剂的固液比为10～20g/L；溶解温度为50℃～60℃；
可选的，所述固体的聚叠氮缩水甘油醚中的固化剂为六甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，催化剂为二月桂酸二丁基锡；
可选的，有机溶剂为四氢呋喃或乙酸乙酯。
可选的，所述步骤2)中制备高能金属氢化物溶液的步骤如下：
将高能金属氢化物加入四氢呋喃中搅拌，所述高能金属氢化物的浓度为1～3mol/L；溶解温度控制在30～50℃；
可选的，四氢呋喃有机溶剂中含水量在200ppm以下；
可选的，配制氧化剂溶液的具体步骤如下：
将氧化剂加入丙酮中搅拌，所述氧化剂溶液中氧化剂的浓度为0.1～0.5mol/L；溶解温度控制在30～40℃。
可选的，所述步骤1)～步骤4)中的操作过程均在手套箱中进行，手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。
可选的，手套箱中气氛为氩气，压力为200Pa～500Pa。
GAP的溶解等过程均在油浴锅中进行，以保证手套箱中水含量控制在极低水平，防止后续GAP溶液中掺杂AlH3或LiAlH4时，AlH3或LiAlH4遇水发生爆炸反应。
可选的，所述步骤5)中，在40℃的温度下进行干燥。
可选的，所述步骤5)中，工质层厚度范围为30μm～200μm。
本发明的有益效果如下：
(1)针对现有GAP基烧蚀工质，采用碳粉或红外染料吸光剂、铝粉颗粒物释放能量方法，存在碳粉团聚烧蚀性能不稳定、能量释放不充分需要氧平衡调节的难题，首先，采用油性聚氨酯黑漆替代碳粉作为GAP基工质吸光剂，不仅避免了吸光剂在GAP粘稠液中的团聚，还增大了激光能量沉积效率。加入高氯酸铵(AP)和二硝基酰胺铵(ADN)等氧化剂，实现了对GAP基工质激光烧蚀氧平衡的调节，提升了GAP基工质激光烧蚀能量释放效率；然后，加入高能金属氢化物AlH3或LiAlH4代替铝粉，提升了GAP基工质激光烧蚀能量释放效率。所制备的透明基底上涂覆GAP基烧蚀工质的双层靶带，一方面由于GAP基烧蚀工质的良好推进性能，以及层间界面结合力增强避免了撕裂、鼓包影响提升了羽流单向喷射能力；另一方面由于透明基底对激光器镜头良好防护作用，使得激光微推力器的比冲、元冲量、推进效率、总冲等得到显著改进。
(2)本发明工艺安全性高、可控性强、流程短、能耗低，利用本发明工质制备出的工质带可一次成型，无需后续处理，对环境污染小。后期可进一步通过合适的涂覆工艺设计，实现高性能工质带的大规模连续生产，保证其在激光微推力器中使用的稳定性和经济性。
附图说明
图1：高能量释放率GAP基烧蚀工质制备流程图
图2：刮涂工艺示意图
图中标记：1-GAP基浆料；2-刮刀；3-涂层；4-薄膜；5-薄膜镀硅面；6-薄膜涂覆面。
图3掺杂LiAlH4前后GAP工质带烧蚀冲量变化；
图4掺杂LiAlH4前后GAP工质带烧蚀比冲变化。
具体实施方式
本发明提供了一种用于激光微推力器的高能量释放率GAP烧蚀工质制备方法，具体的技术方案如下：
实施例1
1.制备GAP粘稠状有机溶液。
(1)所用的GAP原料为已固化的块状GAP，GAP中的固化剂为六甲苯二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)。
(2)溶解GAP的有机溶剂为四氢呋喃或乙酸乙酯，有机溶剂中的水含量严格控制在1000ppm以下。
(3)固化GAP在2L有机溶剂中的起始溶解量不超过40g，溶解温度设定范围为50℃～60℃，采用磁力搅拌器对溶解液进行充分搅拌，以保证固化GAP在有机溶剂中充分溶解，得到的GAP粘稠状有机溶液中无颗粒状沉淀物。
(4)溶解GAP所需的装置均置于手套箱中，手套箱中气氛为氩气，压力为200Pa～500Pa。手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。固化GAP的溶解在油浴锅中进行，以保证手套箱中水含量控制在极低水平，防止后续GAP溶液中掺杂AlH3或LiAlH4时，AlH3或LiAlH4遇水发生爆炸反应。
2.制备AlH3或LiAlH4的四氢呋喃溶液。
(1)所用的四氢呋喃有机溶剂首先经过4A分子筛除水处理，保证四氢呋喃有机溶剂中含水量在200ppm以下。
(2)配置的AlH3或LiAlH4四氢呋喃溶液浓度范围为0～3mol/L。AlH3或LiAlH4的量取和溶解均在手套箱中进行。手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。AlH3或LiAlH4的溶解在油浴锅中进行，采用磁力搅拌对溶解液进行均匀化搅拌处理，溶解温度控制在50℃以下。
3.制备AP或ADN的丙酮溶液。
配置的AP或ADN的丙酮溶液的浓度范围为0～0.5mol/L。AP或ADN的量取和溶解均在手套箱中进行。手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。AP或ADN溶解在油浴锅中进行，采用磁力搅拌对溶解液进行均匀化搅拌处理，溶解温度控制在40℃以下。
4.GAP粘稠状溶液中掺杂AlH3、LiAlH4、AP、ADN溶液和吸光剂黑漆。
(1)GAP粘稠状溶液中的掺杂剂只能选用AlH3、LiAlH4、AP、ADN这四种溶液中的一种，即配置成GAP+AlH3+黑漆、GAP+LiAlH4+黑漆、GAP+AP+黑漆、GAP+ADN+黑漆这四种粘稠状溶液。严禁将AlH3与AP、AlH3与ADN、LiAlH4与AP、LiAlH4与ADN这四种组合同时加入GAP粘稠状溶液中，以防强还原剂AlH3和LiAlH4遇到强氧化剂AP和ADN发生爆炸反应。
(2)使用针筒将已量取的AlH3、LiAlH4、AP、ADN溶液分批次加入GAP粘稠状溶液中，边添加边用磁力搅拌对混合溶液进行均匀化搅拌处理。待AlH3、LiAlH4、AP、ADN溶液在GAP粘稠状溶液中溶解完全后，用天平量取一定量的聚氨酯黑漆，加入GAP粘稠状溶液中。
(3)采用磁力搅拌油浴对特征(2)中的混合溶液进行均匀化处理、混合与挥发，搅拌油浴温度控制在40℃～50℃。
(4)挥发部分四氢呋喃后的粘稠状混合液粘度控制在200mPa·s～500mPa·s之间。
(5)步骤(2)和(3)中的操作过程均在手套箱中进行。手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。
5.用刮涂器将步骤4中制备的粘稠状工质浆料涂覆于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚酰亚胺(PI)薄膜表面，制备成固体工质。其特征在于：
(1)备选的PET或PI薄膜对840nm～940nm范围波段激光的透过率在88％以上，薄膜厚度范围为30μm～50μm。
(2)使用刮涂器将工质浆料均匀刮涂于薄膜表面，随后将刮涂后的薄膜置于恒温干燥箱中，缓慢挥发工质层中的溶剂，最终得到具有高能量释放率的GAP烧蚀工质。通过调整刮刀与薄膜表面的间距可制备不同厚度的工质，工质层厚度范围为30μm～200μm。
(3)特征(2)中恒温干燥箱的温度设定为40℃，恒温干燥箱中放置有干燥剂，将恒温干燥箱气氛水含量控制在1000ppm以下。
实施例2制备GAP+10％LiAlH4+5％聚氨酯黑漆(质量百分比)工质
1.用铡刀将大块状固体GAP裁剪成最大尺寸不超过10mm的小片状GAP，便于GAP在四氢呋喃中快速均匀溶解。将裁剪后的GAP转移至手套箱中。用天平量取40g小片状GAP并置于容量为2.5L的大烧杯中。开启手套箱循环装置，控制手套箱气氛为高纯氩气，气氛中水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。在2.5L大烧杯中加入2L经4A分子筛处理后的四氢呋喃溶剂，随后将烧杯置于磁力搅拌油浴锅中对GAP进行充分溶解，溶解温度设定为50℃。经48h溶解后得到淡黄色透明GAP粘稠液，将GAP粘稠液转移至玻璃瓶中备用。
2.配置浓度为2.5mol/L的LiAlH4四氢呋喃溶液。原材料LiAlH4为上海阿拉丁生化科技有限公司所售，摩尔质量为37.95g/mol，纯度为97％以上。LiAlH4四氢呋喃溶液的配制在手套箱中进行。在容量为500mL的烧杯中加入100mL经4A分子筛处理后的四氢呋喃溶剂。用分析天平称取9.4875gLiAlH4，分5次加入四氢呋喃溶剂中，每次添加均用玻璃棒缓慢搅拌四氢呋喃溶液避免加入的LiAlH4出现团聚。随后将烧杯置于磁力搅拌油浴锅中对LiAlH4进行均匀化溶解处理，溶解温度设定为45℃。待LiAlH4全部溶解后，将烧杯中的溶液转移至100mL容量瓶中，并在容量瓶中添加经4A分子筛处理后的四氢呋喃溶剂至100mL刻度线处。随后将容量瓶中的溶液转移至棕色玻璃瓶中保存备用。
3.LiAlH4溶液和吸光剂聚氨酯黑漆在GAP粘稠液中的掺杂。配制GAP+10％LiAlH4+5％聚氨酯黑漆工质浆料，需在GAP粘稠液掺入4.7059g LiAlH4和2.3529g聚氨酯黑漆。在手套箱中，用量筒量取50mL步骤2中配制的LiAlH4四氢呋喃溶液，用针筒分10次将量筒内的LiAlH4溶液缓慢添加入GAP粘稠液中。添加过程中，盛有GAP粘稠液的2.5L烧杯始终处于磁力搅拌油浴锅内，溶解温度设定为50℃。待LiAlH4溶液与GAP粘稠液充分混匀后，将用烧杯量取的2.3529g油性聚氨酯黑漆缓慢倒入GAP粘稠液中。随后，用磁力搅拌油浴锅继续均匀搅拌混合液并挥发混合液中的溶剂至200mL左右，油浴锅温度设定为50℃。最终所得黑色工质浆料的粘度在200mPa·s～300mPa·s之间。
4.采用刮涂法将步骤3中制备的工质浆料涂覆于PET薄膜表面，刮涂工艺示意图如图2所示。所用PET薄膜为市售单面镀硅膜，厚度为50μm。首先将PET薄膜平铺于刮涂平台上，然后将GAP浆料液铺展在PET薄膜上并使用300μm的四面制备器为刮刀反复刮涂，保证刮涂面光滑、平整、均匀。
5.将步骤4中刮涂所得的双层工质薄膜置于常压恒温干燥箱中，缓慢挥发工质层中的溶剂，以防止四氢呋喃溶剂挥发过快而使工质层表面出现大量气孔。恒温干燥箱温度设定为40℃，干燥箱中放置有无水硫酸铜，用于保持干燥箱气氛中的水含量处于较低水平。待工质层中的溶剂彻底挥发后，得到高能量释放率的固化双层薄膜GAP烧蚀工质，固化后的工质带厚度约为98μm，即工质层厚度约为48μm。
实施例3制备GAP+10％AP+5％聚氨酯黑漆(质量百分比)工质
1.用铡刀将大块状固体GAP裁剪成最大尺寸不超过10mm的小片状GAP，便于GAP在四氢呋喃中快速均匀溶解。将裁剪后的GAP转移至手套箱中。用天平量取50g小片状GAP并置于容量为2.5L的大烧杯中。开启手套箱循环装置，控制手套箱气氛为高纯氩气，气氛中水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。在2.5L大烧杯中加入2L经4A分子筛处理后的四氢呋喃溶剂，随后将烧杯置于磁力搅拌油浴锅中对GAP进行充分溶解，溶解温度设定为50℃。经48h溶解后得到淡黄色透明GAP粘稠液，将GAP粘稠液转移至玻璃瓶中备用。
2.配置浓度为0.5mol/L的AP丙酮溶液。原材料AP为上海阿拉丁生化科技有限公司所售，纯度为97％以上。AP的量取和溶解均在手套箱中进行。手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。在容量为500mL的烧杯中加入100mL经4A分子筛处理后的丙酮溶剂。用分析天平称取5.88gAP，分5次加入四氢呋喃溶剂中，每次添加均用玻璃棒缓慢搅拌丙酮溶液促进AP溶解。随后将烧杯置于磁力搅拌油浴锅中对AP进行均匀化溶解处理，溶解温度设定为45℃。待AP全部溶解后，将烧杯中的溶液转移至100mL容量瓶中，并在容量瓶中添加经4A分子筛处理后的四氢呋喃溶剂至100mL刻度线处。随后将容量瓶中的溶液转移至棕色玻璃瓶中保存备用。
3.AP溶液和吸光剂聚氨酯黑漆在GAP粘稠液中的掺杂。配制GAP+10％AP+5％聚氨酯黑漆工质浆料，需在GAP粘稠液掺入5.88g AP和2.94g聚氨酯黑漆。在手套箱中，用量筒量取50mL步骤2中配制的AP丙酮溶液，用针筒分10次将量筒内的丙酮溶液缓慢添加入GAP粘稠液中。添加过程中，盛有GAP粘稠液的2.5L烧杯始终处于磁力搅拌油浴锅内，溶解温度设定为50℃。待丙酮溶液与GAP粘稠液充分混匀后，将用烧杯量取的2.94g油性聚氨酯黑漆缓慢倒入GAP粘稠液中。随后，用磁力搅拌油浴锅继续均匀搅拌混合液并挥发混合液中的溶剂至200mL左右，油浴锅温度设定为50℃。最终所得黑色工质浆料的粘度在200mPa·s～300mPa·s之间。
4.采用刮涂法将步骤3中制备的工质浆料涂覆于PET薄膜表面，刮涂工艺示意图如图2所示。所用PET薄膜为市售单面镀硅膜，厚度为50μm。首先将PET薄膜平铺于刮涂平台上，然后将GAP浆料液铺展在PET薄膜上并使用300μm的四面制备器为刮刀反复刮涂，保证刮涂面光滑、平整、均匀。
5.将步骤4中刮涂所得的双层工质薄膜置于常压恒温干燥箱中，缓慢挥发工质层中的溶剂，以防止四氢呋喃溶剂挥发过快而使工质层表面出现大量气孔。恒温干燥箱温度设定为40℃，干燥箱中放置有无水硫酸铜，用于保持干燥箱气氛中的水含量处于较低水平。待工质层中的溶剂彻底挥发后，得到高能量释放率的固化双层薄膜GAP烧蚀工质，固化后的工质带厚度约为100μm，即工质层厚度约为50μm。
实施例4激光烧蚀效果测试:
激光烧蚀效果测试实验系统由激光器、扭摆、位移传感器、信号接收器、位移台控制器和真空舱等组成。推进性能测量系统真空舱压力为10-4Pa。选用半导体激光器作为能量注入源，波长为975nm，脉宽100μs～1000μs可调，激光器设定为单脉冲输出。半导体激光器的驱动电流选择10A、15A、20A三种工况，对应的激光功率密度分别为1.41×106W/cm2、2.13×106W/cm2、2.85×106W/cm2。实验采用扭摆装置测量激光烧蚀的单脉冲冲量，采用光学显微镜测量烧蚀面积，从而计算烧蚀质量和比冲。激光烧蚀工质产生的冲量反作用于工质基底表面，使扭摆在水平面内产生角度偏移。在扭摆枢轴提供的回复力作用下扭摆做二阶有阻尼振动，位于扭摆末端的位移传感器采集位移摆动数据，基于二阶有阻尼振动方程，由扭摆偏移计算激光烧蚀的瞬态冲量。冲量I与扭摆偏转角度之间的关系为：
式中，J为扭摆转动惯量，ωn为固有频率，ζ为阻尼比，Lf为扭摆力臂，Ls为测量臂，d为扭摆线位移，相位角以上参数通过叠加参考横梁和电磁力标定。
掺杂LiAlH4前后GAP工质带烧蚀性能对比如图3和图4所示。
从图3可看出，同一激光参数下，掺杂LiAlH4的GAP工质带烧蚀单脉冲冲量随LiAlH4掺杂量的上升呈下降趋势。同一工况下，掺杂5％LiAlH4的GAP工质带和掺杂8％LiAlH4的GAP工质带的烧蚀冲量高于未掺杂LiAlH4的GAP工质带烧蚀冲量，而掺杂10％LiAlH4的GAP工质带烧蚀冲量略低于未掺杂LiAlH4的GAP工质带烧蚀冲量。
从图4可看出，掺杂LiAlH4的GAP工质带烧蚀比冲均高于未掺杂LiAlH4的GAP工质带的烧蚀比冲，这说明高能量密度物质LiAlH4在GAP中的添加可有效提升工质带的烧蚀比冲。
当GAP工质带中掺杂10％的LiAlH4后，其在2.131×106W/cm2+500μs处的烧蚀比冲可达250s。与50μm厚PET+100μm厚掺杂3％碳粉GAP工质层靶带最大比冲84.74相比，掺杂10％的LiAlH4工质带的最大比冲可提升约2倍。这说明在以PI膜为基底的工质带中掺杂LiAlH4可以同时提升工质靶带的烧蚀推进性能及稳定性。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (11)
1.一种激光微推力器的GAP烧蚀工质，其特征在于，包含如下质量分数的组分：
氧化剂或者高能金属氢化物8-12%；
吸光剂2-8%；
聚叠氮缩水甘油醚80-90%；
所述的氧化剂为AP和/或ADN，所述高能金属氢化物为AlH3和/或LiAlH4；所述吸光剂为聚氨酯黑漆；
所述激光微推力器的GAP烧蚀工质的粘度为200mPa·s～500mPa·s。
2.权利要求1所述的用于激光微推力器的GAP烧蚀工质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）制备聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液；
步骤2）制备氧化剂或高能金属氢化物的有机溶液；
步骤3）将氧化剂或高能金属氢化物的有机溶液注入聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液中，注入过程中持续搅拌混合，再加入聚氨酯黑漆得到混合溶液；
步骤4）在油浴条件下对混合溶液进行混匀、挥发，得到GAP基烧蚀工质浆料；
步骤5）将GAP基烧蚀工质浆料涂于塑料薄膜上，干燥后形成激光微推力器的GAP烧蚀工质。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中油浴温度控制在40℃～50℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中制备聚叠氮缩水甘油醚的有机溶液的步骤如下：
将固体的聚叠氮缩水甘油醚加入到有机溶剂中搅拌溶解，聚叠氮缩水甘油醚与有机溶剂的固液比为10~20 g/L；溶解温度为50℃～60℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固体的聚叠氮缩水甘油醚中的固化剂为六甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，有机溶剂为四氢呋喃或乙酸乙酯。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中制备高能金属氢化物溶液的步骤如下：
将高能金属氢化物加入四氢呋喃中搅拌，所述高能金属氢化物的浓度为1～3mol/L；溶解温度控制在30~50℃。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备氧化剂溶液的具体步骤如下：
将氧化剂加入丙酮中搅拌，所述氧化剂溶液中氧化剂的浓度为0.1～0.5mol/L；溶解温度控制在30~40℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）~步骤4）中的操作过程均在手套箱中进行，手套箱气氛水含量控制在20ppm以下，氧含量控制在30ppm以下。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中，在40℃的温度下进行干燥。
11.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中，工质层厚度范围为30μm～200μm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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