大比表面积α-Fe2O3的制备及其催化性能研究

用沉淀水解法制备了大比表面积的亚微米α-Fe2O3粒子,并用SEM、XRD、FTIR和BET对其结构和形态进行了表征。结果表明,α-Fe2O3粒子的分散性较好,粒径为200 nm,比表面积为69.7 m2/g。用DTA研究了α-Fe2O3粒子对AP热分解的催化性能。结果表明,Fe2O3粒子对AP热分解的催化性能与其粒径及比表面积有很大关系。Fe2O3粒子对AP热分解的催化能力大小依次为本实验制备的Fe2O3粒子>纳米Fe2O3粒子(40 nm)>市售的Fe2O3粒子(0.2μm)。     

Fe2O3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。     

纳米NiO/CNTs和Co3O4/CNTs对AP及HTPB/AP推进剂热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子,应用TEM、SEM、XRD、EDS、BET等方法对产物形貌、结构进行了表征,并用DSC研究了纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子及纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子对AP及HTPB/AP推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。纳米N iO、Co3O4、CNTs等单一粒子和纳米N iO/CNTs、Co3O4/CNTs复合粒子均能使AP及HTPB/AP推进剂热分解的高温分解峰温降低、表观分解热增加,表现出良好的催化性能。相比而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用。复合粒子中以Co3O4/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP和HTPB推进剂的高温分解峰温降低了153.06℃和60.0℃,使总表观分解热分别增加了1 163 J/g和920 J/g。     

溶胶-凝胶法制备RDX/AP/SiO_2复合含能材料

以正硅酸乙酯为前驱物,硝酸为催化剂,应用溶胶凝胶法,制备出了RDX/AP/SiO2复合含能材料。采用SEM、EDS能谱和BET比表面积对其结构进行了表征。结果表明,RDX/AP/SiO2复合材料是以SiO2为凝胶骨架,AP与RDX进入凝胶孔洞而形成的。运用热分析仪(TGA/DSC)对复合材料热性能进行测试。结果表明,RDX/AP/SiO2复合材料中的AP的分解温度大大提前,几乎与RDX同时分解,且分解热远高于物理共混的,提高了603.7 J/g,主要原因是RDX分解时释放的NO2等气体能促进AP的分解,同时AP分解提供的氧能使RDX分解产物进一步分解。     

纳米Ni／CNTs对AP／HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响

采用化学液相沉淀法制备了纳米Ni/CNTs复合催化剂,用SEM、XRD、XPS对纳米Ni/CNTs的形貌、微观结构、组成进行了表征,采用DSC研究了其对AP和AP/HTPB推进剂热分解的催化性能,并考察了纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂燃速和压强指数的影响.结果表明,纳米Ni能够均匀包覆在CNTs表面,纳米Ni/CNTs可显著降低AP及AP/HTPB推进剂的热分解峰峰温,使AP及AP/HTPB的总表观分解热明显增大,并能有效提高AP/HTPB推进剂的燃速和降低其压强指数.相同量的纳米Ni/CNTs、纳米Ni和纯CNTs进行对比,纳米Ni/CNTs具有更好的催化性能,表现出较好的正协同催化效应.     

碳纳米管/HTPB复合粒子的制备及其催化性能研究

用HTPB对碳纳米管（CNTs）进行改性,改善其对AP热分解的催化性能,并使用TEM和FTIR对其进行表征。热重分析表明,CNTs／HTPB复合粒子中HTPB的含量为28．57％。采用差示热分析（DTA）研究了CNTs／HTPB复合粒子对AP热分解的催化性能。结果表明,CNTs／HTPB复合粒子对AP的热分解具有一定的催化性能,与纯AP相比,高温分解峰温提前了111．9℃,表观分解热由309．92J／g提高到987．18J／g,优于CNTs与AP的简单混合样,表明经过HTPB改性后CNTs对AP具有较好催化性能,同时AP与CNTs／HTPB复合可使其高温分解峰温进一步降低9．8℃。     

CoB和CoB/SiO2对AP热分解的催化活性研究

采用化学沉积方法,制备了纳米尺度CoB和SiO2·负载的CoB/SiO2催化剂.通过热重-差热分析(TG-DTA)实验,研究了催化剂在AP热分解过程中的催化性能.结果表明,CoB和CoB/SiO2对AP热分解均表现出催化活性,CoB/SiO2的活性更强；质量分数5％的CoB/SiO2,可将AP高温热分解峰的峰温降低16...     

2,4-二硝基咪唑含能锂盐的热分解行为及其对AP热分解的催化作用

为寻求2,4-二硝基咪唑为配体的新型含能催化剂,以2,4-二硝基咪唑和碳酸锂为原料,丙酮为反应溶剂,合成了2,4-二硝基咪唑含能锂盐(Li-DNI)。采用元素分析,1HNMR,13CNMR和XPS表征其结构。采用TG-DTG和DSC分析了Li-DNI的热分解行为及Li-DNI与高氯酸铵(AP)热分解反应过程中的互为催化反应。用Kissinger公式和Ozawa公式计算了Li-DNI热分解反应的表观活化能及Li-DNI/AP混合物在低温分解阶段(LTD)和高温分解阶段(HTD)的非等温反应动力学参数。结果表明,Li-DNI分子式为Li C3HN4O4·H2O。Li-DNI热分解过程主要由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应峰温分别为84.5℃和310.7℃,放热分解反应表观活化能为153.3 k J/mol。Li-DNI与AP热分解反应过程中产生互为催化作用:Li-DNI可加快AP热分解,使AP在LTD和HTD阶段的峰温和表观活化能分别降低41.8℃和75.6℃,56.0 k J/mol和10.8 k J/mol,表观放热量增加432.3 J/g,显示Li-DNI对AP热分解具有较好的催化作用。AP也可加速Li-DNI热分解,可使Li-DNI剧烈分解阶段的峰温提前19.9℃。     

不同晶型二氧化钛的制备及其对高氯酸铵的催化分解

以钛酸丁酯为钛源,乙酰丙酮为水解抑制剂,采用溶胶回流法在温和条件下制备了无定型纳米二氧化钛。在200～1000℃下分别煅烧得到六种不同的二氧化钛粉末。分别采用宏观拍照、X射线衍射法、比表面积分析对其进行物相表征,并研究了其对高氯酸铵的催化作用。结果发现,在400℃下煅烧的纳米二氧化钛为纯锐钛矿相,比表面积计算为89.89 m~2/g,其吸-脱附模型属于Ⅳ型介孔材料。在六种样品中,只有TiO_2-400对高氯酸铵的分解催化效果最为明显,随着添加量的增多催化效果明显增强,并且高温分解峰有由吸热转向放热的趋势。分析认为,高氯酸铵在低温分解阶段因NH_3逐渐附满其表面而使反应停止,而纳米TiO_2对NH_3有吸附效果,使得NH_3有机会与HClO_4及其产物发生氧化还原放热反应,对AP热分解产生了催化作用。     

适应高压燃烧的HTPB/AP/Al推进剂用钙盐降速剂研究

研究了碳酸钙(CaCO_3)和一种自制钙盐(CaOr)对HTPB/AP/Al推进剂燃烧性能和常温力学性能的影响,采用DSC-TG和SEM方法对比研究了CaOr、CaCO_3对AP热分解的影响,及含两种化合物的推进剂熄火表面形貌。结果表明,在3~17 MPa压强范围内,CaCO_3和CaOr均能有效降低HTPB/AP/Al推进剂的燃速和压强指数,CaOr比CaCO_3具有更好的燃速抑制效果,在高压段内的压强指数可降为0.17,达到平台推进剂水平。CaOr的加入使AP两个阶段的分解放热峰均向高温方向移动,CaCO_3对AP的低温分解峰没有影响,使AP的高温分解峰推迟。CaOr的降速效果优于CaCO_3的主要原因是其推迟了AP的低温分解峰,同时改变了AP的热分解历程,且在凝聚相中的分散性更好。     

树枝状纳米钴微晶对AP/HTPB推进剂性能的影响

采用化学还原法制备了纳米钴微晶,采用XRD、SEM、TEM和EDAX对产物进行了表征。结果表明,纳米钴微晶呈树枝状、结晶度高、颗粒尺寸均匀。运用DTA分析研究了纳米钴微晶对AP和AP/HTPB推进剂分解的催化性能及对AP/HTPB推进剂燃烧性能的影响。结果显示,纳米钴微晶对AP热分解有着极强的催化活性,对降低AP/HTPB推进剂压强指数有着较好的效果。     

ANPyO Bi(III)含能配合物的合成、表征、热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO) Bi(III)含能配合物,采用FTIR、元素分析和XPS光电子能谱表征了含能配合物的结构.根据结构表征结果推测,ANPyO Bi(III)含能配合物的分子式为Bi(C5H4N5O5)3,金属离子与配体的配比为1∶3.其中,可能的配位方式为:每个配体ANPyO 2-位的氨基脱去一个氢原子,分别以NH和N→O结构单元中N原子和O原子与Bi(III)形成配位键.ANPyO Bi(III)含能配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感分别为220 cm、36 kg和5.8 mm.采用TG-DTG和DSC测试考察了ANPyO Bi(III)含能配合物的热分解行为,配合物在50～450 ℃范围内热分解过程由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应的峰温分别为320.6 ℃和346.5 ℃,配合物热分解剩余残渣量为31.2％.同时,考察了配合物对高氯酸铵热分解的催化作用,并采用Kissinger法对纯AP和AP混合物热分解过程低温分解阶段和高温分解阶段的表观活化能和指前因子进行了计算.结果表明,ANPyO Bi(III)含能配合物可使高氯酸铵高温分解阶段和低温分解阶段的峰温提前63.6 ℃和63.1 ℃,表观活化能降低23.1 kJ/mol和61.5 kJ/mol,表观分解热增加339.3 J/g.可发现,ANPyO Bi(III)含能配合物对AP的热分解具有显著的催化作用.     

纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用

制备了不同Ni、Cu比例的纳米NiCu复合粉,用差示热分析(DTA)法研究了纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米NiCu复合粉可显著降低AP以及AP/HTPB推进剂的热分解峰温,使总表观分解热明显增大,表现出显著的催化效果。Ni与Cu的比例对纳米NiCu复合粉的催化性能有较大的影响,随着Cu含量的增加,催化性能增强,以Ni60Cu40的催化效果最好。随着纳米NiCu复合粉加入量的增加,其催化作用增强。探讨了纳米NiCu复合粉催化AP热分解的作用机理。     

RDX/AP/HTPB推进剂热分解特性研究

利用高压差示扫描量热仪（PDSC）研究了RDX／AP／HTPB推进剂系列配方的热分解性能，发现配方组分的改变对RDX／AP／HTPB推进剂的热分解性能有影响，突出表现在RDX／AP／HTPB推进剂中RDX分解峰变宽，AP放热分解效应增强。推进剂中添加Al粉后，RDX的分解受到抑制，而AP的分解却得到增强。     

纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧性能的影响

采用盐助溶液燃烧法制备了平均粒径为10 nm、分散性良好的钙钛矿型纳米NdCoO3。用DSC考察了不同质量分数的纳米NdCoO3对AP和双基粘接剂热分解的影响,研究了纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧的催化作用。结果表明,随纳米NdCoO3催化剂质量分数的增加,催化效率先增大后减小,在质量分数为3%时催化效率最佳,此时AP高温分解峰温大幅降低,双基粘接剂的分解峰温也得到降低,二者的表观分解热增大。同时,对应的小球粘接高燃速推进剂燃速较高,压强指数较低。     

含CL-20的NEPE推进剂热分解

借助热重-微商热重(TG-DTG)试验和差示扫描量热(DSC)试验研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG、CL-20、AP和催化剂之间的相互作用。实验结果表明,该推进剂的热分解过程分3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG CL-20的分解,AP的分解。CL-20促进了NG和PEG的分解,NG与PEG并未影响CL-20的分解。AP的加入促进了CL-20的分解,同时CL-20也使AP的分解由单质2步分解合并为1步。Al粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱。催化剂Ct1和Ct2在一定程度上抑制了推进剂中NG、CL-20和AP的起始分解,对于NG起始分解的抑制作用更为明显,当温度升高,抑制作用消失即分解开始时,分解速率大幅提高,从而使推进剂热分解的放热历程缩短,致使推进剂燃速提高。     

卡托辛对AP热分解影响的XPS研究

采用XPS方法研究了卡托辛对复合固体推进剂氧化剂AP热分解过程的作用机理。结果表明,热氧化后Fe原子的结合能向高位移动,再根据Fe2p3/2谱强度的变化,说明卡托辛在AP热分解过程中是逐渐氧化过程,Fe—C共轭键逐渐断裂;Cl原子的结合能向低位移动,且在200 eV左右出现低结合能的峰,同时其强度逐渐增大,Cl原子在200 eV处形成的低结合能态的可能途径是卡托辛的分解产物环戊二烯离子与HClO4的分解产物HCl发生反应,加速了HClO4的分解速度;卡托辛的二茂铁基夹心结构破坏后生成的Fe2O3具有较高的反应活性,亦加速AP离解产物HClO4的分解速度。     

高氯酸铵高压下的分解动力学

用压力差热分析（ＰＤＴＡ）研究了高氯酸铵（ＡＰ）在高压下热分解动力学。结果表明，压力使ＡＰ的ＤＴＡ曲线上高温分解峰移向高温，而使低温分解峰移向低温。压力提高高温分解的表现活化能，但却没有改变低温分解的动力学参数。还用分解机理和控度速度步骤解释了这些结果。