CN116143570B - 一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α‑三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物及其制备方法，包括向α‑三氢化铝粉末中添加自由基抑制剂，防止α‑三氢化铝阳离子自由基与其他α‑三氢化铝分子发生反应导致分解；再基于超声分散‑机械球磨联用充分剪切混合形成α‑三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，使得α型三氢化铝与高氯酸铵二元复合材料之间接触紧密且分散均匀，超细高氯酸铵是强氧化剂可以改善α‑三氢化铝的反应完全性与燃烧性能。本发明的α‑三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物由质量百分比为18％～53％α型三氢化铝、45％～80.5％高氯酸铵、0.01％～2％自由基抑制剂。本发明的α‑三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物可以用做炸药、固体推进剂中的高能固体燃料。
Description
技术领域
本发明涉及一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物及其制备方法，主要用于炸药、固体推进剂中的高能固体燃料。
背景技术
从能量角度考虑，H、B、Al、Mg是炸药、固体推进剂中最有前景的燃料元素，采用Mg、Li、Al元素燃料，可以得到比C、H燃料高得多的爆炸强度，而H、Al、B可作为选择高爆轰能的燃料元素。由于硼的熔点与沸点较高，难以熔化与气化，硼粉燃烧产生的B2O3(熔点、沸点同样很高)容易覆盖在未反应硼粉的表面上，阻碍了硼粉的进一步燃烧，不能发挥高性能优势。而含有Al元素、H元素的AlH3储氢材料作为新型固体燃料组分，质量燃烧热比Al高，是一种极为优异的储氢载体，H2的燃烧热值高达121.06MJ/kg，爆炸极限宽(4％～75％)，爆轰浓度范围广(18.3％～59％)，最小点火能只有0.019mJ，极易发生爆轰，可用来提高固体燃料总能量或体积能量率。因此三氢化铝在炸药、固体推进剂具有极大的应用前景。目前三氢化铝总共存在七种晶型，包括α、α′、β、γ、δ、ε、ζ，其中α晶型是七种晶型中最稳定最有应用潜力的唯一晶型。α-三氢化铝在爆轰或燃烧反应中释放氢，产生热量和水蒸气，并进而引燃活性多孔铝，发生剧烈的金属放热反应，释放出更多的热量。α-三氢化铝单位耗氧量为1.6g，想要使氢气在很大程度上参与反应，则必须混合体系氧平衡较好，氧含量足够，充分发挥α-三氢化铝储氢优势。
文献《含α-AlH3的HMX基凝聚相炸药的安全性和爆轰性能》(含能材料，2021，29(10))报道了一种含α型三氢化铝的奥克托今基炸药，该炸药的质量百分组成为HMX65％、α-AlH330％、钝-粘组分5％。该炸药的氧平衡较低，造成该炸药体系中α-三氢化铝释放的氢气以气体的形式存在于爆轰产物中，而未能充分与氧元素反应放热，能量释放效率低。因此可以引入含有效氧的材料设计一种α-三氢化铝爆炸复合物，将氧化剂与α-三氢化铝两者进行复合处理，增大两者的接触面积和结合紧密性，促使α-三氢化铝更容易接触高氯酸铵分解产生的氧，从而提高反应活性和反应完全性，使得放热反应更彻底、能量释放效率更高。
发明内容
为了克服背景技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物及其制备方法，主要用于炸药、固体推进剂中的高能固体燃料。先采用自由基抑制剂处理α-三氢化铝，防止α-三氢化铝阳离子自由基与其他α-三氢化铝分子发生反应，提高其稳定性，减缓释氢分解程度；再基于超声分散-机械球磨联用方法将氧化剂高氯酸铵与α-三氢化铝剪切研磨，形成α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，具有较高的反应活性，可以在爆轰反应过程中提供氧与分解释放的氢反应，提高复合物点火燃烧性能与能量释放效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，由α型三氢化铝、高氯酸铵和自由基抑制剂组成；按质量百分比计，α型三氢化铝18％～53％；高氯酸铵45％～88.5％；自由基抑制剂0.01％～2％。
可选的，按质量百分比计，α型三氢化铝28.88％；高氯酸铵71％；自由基抑制剂0.12％。
可选的，按质量百分比计，α型三氢化铝22.91％；高氯酸铵77％；自由基抑制剂0.09％。
可选的，按质量百分比计，α型三氢化铝33.2％；高氯酸铵66.7％；自由基抑制剂0.10％。
可选的，按质量百分比计，α型三氢化铝36.9％；高氯酸铵63％；自由基抑制剂0.10％。
可选的，所述的α-三氢化铝的粒度D50为20～100μm。
可选的，所述的自由基抑制剂选自硫代二苯胺、四甲基哌啶氮氧化物和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。
可选的，所述的高氯酸铵的粒度D50为4～7μm或1～4μm。
本发明任一所述的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一：按照比例称取α-三氢化铝与自由基抑制剂，乙醇为分散剂，超声分散；
步骤二：按照比例加入高氯酸铵后继续超声分散；
步骤三，将步骤二获得的料液进行研磨，常温下真空干燥，即获得α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物粉末。
可选的，所述的步骤一中的超声分散时间为10min；所述的步骤二中超声分散的时间为5min；步骤三中的研磨时间为30min。
本发明的优点如下：
(1)本发明使用自由基抑制剂有效改善了α型三氢化铝的化学稳定性，减缓了释氢反应，使得α-三氢化铝在60℃时的分解量降低。
(2)本发明将α-三氢化铝与氧化剂高氯酸铵在微米级尺度进行复合，使得两者之间的传质距离大大减小，促进了反应完全性，显著提升了点火燃烧性能与能量释放效率。
(3)本发明采用超声分散-机械球磨联用的制备方法，常温条件下操作，步骤简单，安全可靠，便于推广应用。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本发明公开了一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物及其制备方法，目的在于提高α-三氢化铝的稳定性与点火燃烧性能，促进反应完全性与能量释放效率。首先向α-三氢化铝粉末中添加自由基抑制剂，防止α-三氢化铝阳离子自由基与其他α-三氢化铝分子发生反应导致分解；再基于超声分散-机械球磨联用充分剪切混合形成α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，使得α型三氢化铝与高氯酸铵二元复合材料之间接触紧密且分散均匀，超细高氯酸铵是强氧化剂可以改善α-三氢化铝的反应完全性与燃烧性能。本发明的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物由质量百分比为18％～53％α型三氢化铝、45％～80.5％高氯酸铵、0.01％～2％自由基抑制剂。本发明的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物可以用做炸药、固体推进剂中的高能固体燃料。
优选的，爆炸复合物质量百分组成为：α型三氢化铝28.88％；高氯酸铵71％；自由基抑制剂0.12％；
优选的，按质量百分比计，α型三氢化铝22.91％；高氯酸铵77％；自由基抑制剂0.09％。
优选的，按质量百分比计，α型三氢化铝33.2％；高氯酸铵66.7％；自由基抑制剂0.10％。
优选的，按质量百分比计，α型三氢化铝36.9％；高氯酸铵63％；自由基抑制剂0.10％。
α-三氢化铝粒度D50为20～100微米；自由基抑制剂为硫代二苯胺、四甲基哌啶氮氧化物和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种；高氯酸铵粒度D50为4～7微米与1～4微米中的一种；
α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照比例称取一定量α-三氢化铝与自由基抑制剂，置于锥形瓶中，无水乙醇作为分散剂，超声分散10min；
步骤二，按照比例加入高氯酸铵后继续超声分散，超声分散5min；
步骤三，将步骤二获得的料液转移进球磨机中进行充分研磨，研磨时间30min，出料，常温下真空干燥，即获得α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物粉末。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作出详细的说明，如无特殊说明，所用的实验或检测方法均为本领域常用，材料均为市售。
实施例1：
1.1本发明参照如下质量百分组成实施：
α型三氢化铝28.88％；高氯酸铵71％；自由基抑制剂0.12％；
实施例中所使用的α-三氢化铝粒度D50为43微米，自由基抑制剂为硫代二苯胺，高氯酸铵粒度D50为5微米。
1.2制备方法
步骤一，按照比例称取一定量α-三氢化铝与自由基抑制剂，置于锥形瓶中，无水乙醇作为分散剂，超声分散10min；
步骤二，按照比例加入高氯酸铵后继续超声分散，超声分散5min；
步骤三，将步骤二获得的料液转移进球磨机中进行充分研磨，研磨时间30min，出料，常温下真空干燥，即获得α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物粉末。
1.3性能测试
(1)参照GJB772A-97中方法501.2测试了本实施例α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合颗粒60℃时的真空放气量，并与同比例未复合物对比。
(2)开展激光点火试验，测试本实施例α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合颗粒在一定激光功率密度下的点火延迟时间以及最低点火能量，并与同比例未复合物对比。
(3)设计35％奥克托今/30％高氯酸铵/12％α-三氢化铝/其他的炸药配方作为对比例，用本实施例α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合颗粒替代配方中30％高氯酸铵与12％α-三氢化铝，制备直径40mm的样品100g，参照GJB772A-97方法701.1在200g爆热罐中进行爆热试验，测试对比例和本实施例的热值。
实施例2：
2.1本发明参照如下质量百分组成实施：
α型三氢化铝22.91％；高氯酸铵77％；自由基抑制剂0.09％；
实施例中所使用的α-三氢化铝粒度D50为43微米，自由基抑制剂为四甲基哌啶氮氧化物，高氯酸铵粒度D50为3.5微米。
2.2制备方法
本实施例制备方法参照实施例1进行。
2.3性能测试
本实施例性能测试参照实施例1进行。
实施例3：
3.1本发明参照如下质量百分组成实施：
α型三氢化铝33.2％；高氯酸铵66.7％；自由基抑制剂0.10％；
实施例中所使用的α-三氢化铝粒度D50为45微米，自由基抑制剂为硫代二苯胺，高氯酸铵粒度D50为5微米。
3.2制备方法
本实施例制备方法参照实施例1进行。
3.3性能测试
本实施例性能测试参照实施例1进行。
实施例4：
4.1本发明参照如下质量百分组成实施：
α型三氢化铝36.9％；高氯酸铵63％；自由基抑制剂0.10％；
实施例中所使用的α-三氢化铝粒度D50为45微米，自由基抑制剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，高氯酸铵粒度D50为3.6微米。
4.2制备方法
本实施例制备方法参照实施例1进行。
4.3性能测试
本实施例性能测试参照实施例1进行。
实施效果
本发明中提供的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，提高了α-三氢化铝的稳定性，提升了点火燃烧性能与能量释放效率。其中，各实施例相对于未复合的参考例性能测试结果如表1所示。
表1本发明实施例的氢气分解量、密度、爆轰性能及点火性能数据
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (4)
1.一种α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，其特征在于，由α型三氢化铝、高氯酸铵和自由基抑制剂组成；
按质量百分比计，α型三氢化铝33.2％；高氯酸铵66.7％；自由基抑制剂0.10％；
所述的自由基抑制剂选自硫代二苯胺、四甲基哌啶氮氧化物和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种；
所述的高氯酸铵的粒度D50为5μm。
2.根据权利要求1所述的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物，其特征在于，所述的α-三氢化铝的粒度D50为45μm。
3.根据权利要求1-2任一所述的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
步骤一：按照比例称取α-三氢化铝与自由基抑制剂，乙醇为分散剂，超声分散；
步骤二：按照比例加入高氯酸铵后继续超声分散；
步骤三，将步骤二获得的料液进行研磨，常温下真空干燥，即获得α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物粉末。
4.根据权利要求3所述的α-三氢化铝/高氯酸铵爆炸复合物的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中的超声分散时间为10min；
所述的步骤二中超声分散时间为5min；
所述的步骤三中研磨时间为30min。
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Citations (4)
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Non-Patent Citations (2)
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| Enhanced stability and combustion performance of AlH3 in combination with commonly used oxidizers;Ming-Hui Yu;Fuel;第331卷;125741 * |
| 含α-AlH3的HMX基凝聚相炸药的安全性和爆轰性能;牛磊;含能材料;第29卷(第10期);957-963 * |
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