超细CL‑20的可控批量制备及降感技术

为了批量制备低感度超细六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),用作固体推进剂的高能添加剂,以氧化锆球(0.8 mm或0.3 mm)为研磨介质,采用HLG-05型粉碎设备制备了两种超细类球形CL-20。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对CL-20样品进行了相应的表征;用差示扫描量热(DSC)研究了样品的热分解性能;测试了样品的撞击、摩擦和静电火花感度。结果表明:制备的微米级和亚微米级CL-20平均粒径分别为3.43μm和320 nm,表面光滑,类球形;其晶型不变,无质杂峰;超细CL-20的分解峰温稍有下降,活化能降低,其静电火花感度略有提高,但撞击感度分别降低了24.6%和108.4%,摩擦感度下降了8%和20%;机械感度降低效果明显,在高能固体推进剂中有较大的应用前景。     

粒度和形貌及粒度分布对RDX安全和热分解性能的影响

采用溶剂/非溶剂法和筛分法,通过控制搅拌速度及溶剂与非溶剂温度差,制备了不同粒度、形貌和粒度分布的RDX粉末。利用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行了相应表征;利用撞击和摩擦感度试验、慢烤试验及DSC测试分别研究了不同粒度、形貌及粒度分布的RDX样品的安全性能和热分解特性。研究结果表明,粒度、形貌及粒度分布是影响RDX安全和热分解性能的重要因素。随着粒度的减小,RDX的机械和热感度显著降低。另外,窄粒度分布的RDX样品普遍具有更低的机械感度,而宽粒度分布的RDX样品通常具有更好的热稳定性。     

两种喷雾结晶法制备超细CL-20

采用压缩空气式喷雾蒸发法和压缩空气式喷雾结晶法,制备了不同粒径的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)超细颗粒。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)测试,对样品的形貌、颗粒和晶型进行了表征。采用差示扫描量热法(DSC),对其热安定性进行了测试和分析;采用Kissinger公式和Zhang-Hu-Xie-Li热爆炸临界温度计算式,对样品的表观活化能和热爆炸临界温度进行了计算。超细CL-20的机械感度根据GJB 772A—97方法测试得到。结果表明,两种喷雾法制备出的CL-20颗粒粒径在300 nm和800 nm左右,晶型分别为β型和ε型。两种超细CL-20热爆炸临界温度分别为228.24℃和233.18℃。此外,两种超细CL-20的撞击感度相比原料明显降低。     

机械球磨法制备纳米TATB及其表征

采用高能机械球磨法制备出平均粒径为58.1 nm的纳米TATB。利用SEM分析表征了纳米TATB的微观形貌,并统计了纳米TATB的粒度分布。利用XRD、IR和XPS表征了纳米TATB的晶型、分子结构和表面元素等。采用DSC和DSC-IR联用系统对纳米TATB的热分解活化能和热分解产物进行了分析。结果表明,纳米TATB的表观热分解活化能(ES=341.2 k J/mol)相比原料TATB(ES=354.4 k J/mol)降低了13.2 k J/mol,说明纳米TATB的反应活性更高。纳米TATB的主要分解产物为CO_2,同时伴有一定量的N_2O和NO_2生成。热感度实验表明,纳米TATB的5 s爆发点(T5s)高于原料TATB的T5s,说明纳米TATB的热稳定性更高。     

纳米PbCO_3/CuO复合粒子的制备及其性能

采用机械球磨法对PbCO_3和CuO两种常用燃速催化剂进行纳米化粉碎。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了产物粒子的粒径分布、形貌、晶型和纯度。通过分别计算样品中PbCO_3和CuO含量的标准偏差,定量分析了两种组分在PbCO_3/CuO复合粒子中的分散均匀度。用差示扫描量热仪(DSC)分析了产品对吸收药热分解性能的影响。通过测定双基推进剂的燃速研究了产品对其燃烧性能的影响。结果表明,产物平均粒径为70 nm,粒度分布很窄;PbCO_3和CuO组分的分散均匀度分别达到了95.40%和92.60%。产物使吸收药热分解峰温提前了29.35℃,表观分解热增加了606 J/g,表观活化能降低了16.58 k J/mol。与普通PbCO_3和CuO的混合催化剂相比,纳米PbCO_3/CuO复合粒子使双基推进剂的燃烧压力指数降低了0.203。     

RDX基超细球形包覆粒子的制备及热性能表征

为改善RDX的安全性能,用一种HP-1高分子材料作为包覆剂,采用喷雾干燥技术制备了RDX/HP-1超细包覆球形粒子,RDX与HP-1质量比为98∶2。利用SEM和XRD对RDX原料及RDX/HP-1进行了表征。同时,对两者的热分解性能与撞击感度进行了对比。结果表明,改性后的RDX/HP-1颗粒为规则的球形,粒度约0.3~3μm,形貌及粒度明显优于RDX原料,晶型与原料相同。RDX/HP-1的活化能与热爆炸临界温度分别为191.9 k J/mol和237.2℃,RDX原料的活化能与热爆炸临界温度分别为174.0 k J/mol和236.0℃,RDX/HP-1与RDX原料的等动力学点温度为235.1℃。RDX/HP-1的真空安定性优于RDX原料。RDX/HP-1与RDX原料的特性落高分别为61.5、20.6 cm。     

球形超细ε-HNIW的球磨制备工艺

采用机械研磨方法制备球形超细ε-HNIW,详细研究了搅拌器转速、研磨时间、研磨球大小、磨腔内研磨球填充率、分散剂、浆料浓度对HNIW中位粒径、粒度分布及球形度的影响,并对产品HNIW的性能进行了测试。结果表明,产品HNIW中位粒径随搅拌器转速的增加减小的速率增加,随研磨时间的延长而减小,研磨球大小、磨腔内研磨球填充率、分散剂、浆料浓度对产品的粒度和粒度分布都有影响;制备的ε-HNIW呈椭球形,研磨前后晶型不变,热稳定性好,撞击感度显著降低,摩擦感度略有升高。5 mm研磨球对HNIW的细化和圆滑效果较好,产品粒度均匀,分布集中,粒度跨度可降至0.44;晶体表面圆滑,球形度可达0.85。     

纳米镍粉的制备及其催化性能研究

在溶液中用还原法制备了纳米镍(Ni)粉,用TEM、XRD等对其晶型、粒度进行了较全面的表征。所得纳米Ni粉为晶态,平均粒径为50nm。为了研究纳米Ni粉的催化活性,把质量含量为5%的纳米Ni粉加入到超细粒度AP中,并用SEM、XPS分析复合状态。结果显示,纳米Ni粉以50nm左右的颗粒状均匀分布在AP表面。采用差热分析(DTA)研究了纳米Ni粉对AP热分解催化性能的影响。结果表明,在AP中分别加入质量含量为5%的纳米Ni粉,可使AP的高温放热峰提前105℃,比加入微米级Ni粉的效果显著。纳米Ni粉表现出对AP热分解良好的催化作用。同时初步探讨了纳米Ni粉对AP热分解的催化作用机理。     

聚集状态对固体火箭发动机颗粒粒度分布的影响

开展了聚集状态下颗粒的收集实验和粒度分析,研究了聚集度和压强对粒度分布的影响规律.聚集状态的颗粒利用收缩管装置产生,采用一种颗粒收集方法对颗粒进行收集,并冻结其形态,对收集到的颗粒采用激光粒度分析仪进行了粒度分析.研究结果表明,聚集状态下颗粒平均粒度比常规条件下大很多,分布范围也较常规条件下宽得多,粒度分布曲线呈双峰或多峰分布,主峰比重很大;颗粒聚集度增大,颗粒粒度平均值增大,大粒度颗粒比重增加;颗粒粒度随燃烧室压强增大而增大.     

纳米Ni、Ni-P、Ni-B粒子制备及催化AP热分解的研究

采用改进的化学镀镍方法,制备了纯度较高的纳米Ni、Ni-P及Ni-B粒子。运用透射电子显微镜(TEM)和X-ray射线衍射(XRD)方法对纳米粒子的物相、组织形貌和粒度进行了表征,并通过TG-DTA热分析实验,研究了制备的纳米粒子对AP热分解过程的催化影响。结果表明,纳米Ni粒子为面心立方晶体,呈现球形且平均粒径为60 nm左右;纳米Ni-P、Ni-B粒子为非晶合金,粒子呈现松散的聚集状态,形状不规则,粒径分布分别为10~80 nm和30~50 nm。制备的纳米粒子对AP低温和高温热分解反应均有促进作用,对高温分解的催化效果更明显,而Ni-B粒子的催化效果最为显著。加入质量分数为5%的Ni或Ni-P粒子,能将AP的高温热分解峰温分别降低53℃或80℃左右;而加入质量分数为5%的Ni-B粒子,能将AP的高温热分解峰提前125℃左右,与其在321.68℃的低温热分解峰重合,并使得整体热分解在368.33℃时就完全结束。     

复合推进剂热降解机理的研究

为了系统地研究氧化剂在复合推进剂热降解过程中的作用曾作过试验计划。主要分析工具是扫描式电子显微镜(SEM),用以检测推进剂试样热降解破裂部位。试验配方变量为氧化剂纯度、粒度和氧化剂一粘合剂的粘结剂。整个试验期间粘合剂保持不变,均为饱和碳氢化合物。氧化剂为纯高氯酸铵、含氯酸盐的高氯酸铵、含砷酸盐的高氯酸铵和含磷酸盐的高氯酸铵。氧化剂粒度分布为:粗粒度60%,细粒度40%,采用两种二级配混合物;125—175 μ/<44 μ和175—250 μ/44—88 μ。用粘结剂时,其用量为0.15%左右。试验变量为温度和应力,温度用100℃、135℃和170℃,应力用0.29公斤/厘米~2和0.61公斤/厘米~2。试验数据表明,氧化剂纯度和粒度对热降解过程有显著影响。在高温和应力作用下,氧化剂粒度影响较大。用扫描式电子显微镜检查推进剂破裂部位表明,大颗粒氧化剂的破碎导致推进剂龟裂。     

固体推进剂用铝基复合材料的制备及性能

采用机械合金化法制备了一种新型铝基复合材料,并用X射线衍射、差示扫描量热和扫描电镜等技术对样品进行了表征,比较了铝基复合材料与铝粉在燃烧热、密度、耗氧量及对HTPB/AP推进剂能量贡献方面的差别,运用差示扫描量热法研究了铝基复合材料对氧化剂AP分解的催化作用。结果表明,铝基复合材料形态规整,其主要组成相为单质Al和MgH2,真密度为2.4763 g/cm3,耗氧量为0.890 8 g(O2)/g,实际燃烧热大于30 000 kJ/kg,燃烧效率达到94%,远高于同粒度的超细铝粉;用铝基复合材料代替丁羟推进剂中的铝粉后,推进剂的理论能量水平大大提高;铝基复合材料对AP的热分解有很好的催化作用。     

超细硼粉粒径对硼粉/AP复合物热性能影响

为了促进高能硼粉在固体推进剂中能量的充分释放,研究了粒径对超细硼粉的热性能的影响。采用行星磨对硼粉进行超细粉碎,制备了粒径分布均匀、粒径大小不同的超细硼粉。对超细硼粉与高氯酸铵(AP)的复合物进行热分析,发现复合物的热分解峰温度较纯AP的降低不明显。但复合物的表观分解热随硼粉的粒径减小有明显增加,最多增加到原料硼粉复合物的28.4倍。复合物中硼粉的热失重率也随粒径的减小而增加,最多达原料硼粉的9.7倍。     

纳米Co-B空心球的制备及其催化性能研究

采用新颖的模板法制备了具有较大比表面积的纳米Co-B空心球,并用XRD、TEM和BET对其结构和形貌进行了表征,研究表明,制备出的Co-B空心球为非晶态、分散性良好且粒径约为100 nm、比表面积高达84.62 m2/g.另外,采用DTA研究了Co-B空心球对AP热分解的催化性能,研究发现,Co-B空心球对AP的热分解具有很好的催化活性,添加5%时可使其高温分解峰峰温降低160.5 ℃,表观分解热增加0.855 kJ/g.     

窄分布纳米级HMX的制备及粒度分析

通过撞击法成功地制备了窄分布的纳米级HMX。实验结果表明，分散剂1和分散剂2能改善HMX的粒度分布。在分散剂1存在的条件下，用撞击法可制备出粒度分布较窄的纳米HMX颗粒，其d50分别为70．1nm和68．9nm，分布范围分别为0．9nm和1．4nm。     

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。     

FeB纳米颗粒的隐身性能研究

分析了雷达隐身材料的电磁参量及纳米材料的结构和吸波原理。用化学还原法制备了FeB的超细非晶颗粒 ,并测量和分析了有关电磁参量。     

AP粒度对其感度、推进剂燃烧速度及临界电子激发能的影响

研究了固体推进剂中氧化剂AP的平均粒度对其撞击感度和摩擦感度的影响,以及当AP加入改性双基推进剂中后,其平均粒度对改性双基推进剂燃烧速度的影响。揭示了影响AP撞击感度、摩擦感度以及推进剂燃烧速度的主要原因,即AP颗粒大小与引起其分解所需的临界电子激发能之间的关系。这对超细AP在推进剂中的安全合理应用具有重要指导意义。     

ECSP制备及电控燃烧技术研究进展

电控固体推进剂(Electrically controlled solid propellant, ECSP)具有点火、燃速及熄火可由馈入电能进行调控的良好性能,而成为一种备受关注的新型推进剂。针对ECSP制备及电控燃烧技术的研究现状,以主氧化剂为分类依据介绍了已公开报道的三类ECSP配方及性能;概述了熔融浇注法和凝胶固化法两种ECSP制备技术路线并分析了其各自的优缺点;从导电机理、电化学分解、热分解三方面分析了ECSP电控燃烧机理;总结了ECSP电控燃烧性能表征试验及ECSP电控燃烧特点;分析了当前公开报道的ECSP电控点火装置的优缺点;最后总结和展望了ECSP在制备技术和电控燃烧机理研究方面的不足和可以深入开展的研究方向。     

固相真空转晶法制备α-AlH3及其稳定化

AlH_3由于其极高氢含量和潜在的应用价值而得到了国内外广泛的关注,然而,现有的α-AlH_3制备工艺复杂、成本高及长期稳定性能差等问题,而限制了其广泛研究与应用。采用固态真空转晶法制备晶型单一、高品质的α-AlH_3。而后采用小分子化合物对α-AlH_3进行包覆实验,并通过X射线衍射、电子顺磁共振仪、热失重差热分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜证实包覆成功。对包覆前后的α-AlH_3在室温和90%湿度条件下进行稳定性对比实验,结果表明,未包覆的α-AlH_3在10 d后即分解,而包覆后的α-AlH_3在16 d后仍保持很好的稳定性。该技术摒弃高毒甲苯溶液转晶行为,兼具成本低和连续化工业生产的优点,为α-AlH_3的规模化生产和长期贮存提供了新的思路。