球磨时间对Fe_2O_3/Al纳米复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了Fe2O3/Al纳米复合粉末,并利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)以及热分析仪(TGA/DSC)等分析测试手段,系统研究了球磨时间对复合粉末相结构、组织形貌以及热性能的影响。结果表明,随着球磨时间的增加,微米Fe2O3团聚体逐渐进入Al颗粒中,呈均匀弥散分布,且Al晶粒尺寸不断细化。当球磨时间为20 h时,Al粉已均匀分布到微米Fe2O3颗粒表面,球磨引起的晶粒长大与晶粒尺寸减小处于动态平衡,此时铝热反应热焓达到最高。球磨时间大于20 h时,所制备得到的复合粉末热焓反而降低,且易团聚。     

粉末火箭发动机燃烧室燃烧流动特性研究

选取颗粒轨道模型,对Al／AP粉末颗粒在粉末火箭发动机内流动和燃烧进行三维数值模拟,为以Al粉末燃料和AP粉末氧化剂作为推进剂的新型燃烧室的设计以及实验研究提供参考。文中提出了一种粉末火箭发动机构型,通过对发动机燃烧室进行冷态和热态数值模拟,研究了氧燃比、Al粉末颗粒大小、燃烧室体积等因素对粉末火箭发动机燃烧室燃烧性能的影响。结果表明,一定范围内氧燃比较高时,燃烧室温度反而较低;较小粉末颗粒在燃烧室内更易离散;Al颗粒粒径越小越易燃烧,Al燃烧率也越高;验证了在Al／AP粉末火箭发动机的设计中引入特征长度来匹配Al粉粒径与燃烧室体积的合理性。     

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。     

Al/HMX复合含能材料的制备及其燃烧特征参数研究

奥克托今(HMX)包覆铝粉(Al)能够有效降低Al的团聚烧结现象并改善其能量释放效率。采用物理混合法、溶剂-反溶剂法和溶剂蒸发诱导自组装法分别制备了三种不同结构的Al/HMX-1、Al/HMX-2和Al/HMX-3复合含能材料。相较于Al/HMX-1和Al/HMX-2,Al/HMX-3复合材料为球形包覆结构，D₅₀为6.651μm,各组分均匀分布。Al/HMX-3复合材料具备最优的热分解性能，其HMX的分解峰温降低到264.3℃,比Al/HMX-1和Al/HMX-2分别降低了～20.0℃和～19.2℃。燃烧性能分析表明，Al/HMX-3复合样品的燃烧更剧烈，团聚烧结现象降低，具有最高的燃烧热和燃烧温度。通过HMX均匀的包覆，HMX分解及时为Al燃烧提供氧化性气体“牢笼”促进Al氧化，并减少Al颗粒之间的相互碰撞导致的团聚。因此，燃烧性能和能量释放效率得到大幅度提升。     

含TKX-50的HTPB推进剂能量性能研究

对比HTPB/RDX/AP/Al推进剂研究了TKX-50对HTPB推进剂的能量性能的影响,BSFФ165 mm发动机试车结果表明,含TKX-50配方的比冲及比冲效率均低于含RDX的配方,与早期文献报道结果不一致。对该结果进行了试验分析,TKX-50标准生成焓实测结果为210 k J/mol,与最初文献报道结果(446.6 k J/mol)不一致;依据实测的生成焓结果,对配方的能量性能进行了复算,复算结果与试验结果比较吻合,表明TKX-50标准生成焓偏低是其能量性能不佳的主要原因。     

固体火箭超燃冲压发动机硼基贫氧推进剂配方优选试验研究

针对固体火箭超燃冲压发动机中高焓多相超音速燃烧组织难题,通过改进含硼固体贫氧推进剂配方,为硼颗粒的点火燃烧提供良好的微环境,以进一步缩短硼颗粒的点火延迟时间,开展了三种推进剂配方的直连试验研究.试验结果表明,在5～10μm粒径的基础上,进一步降低硼颗粒粒径至1～2μm,使颗粒的随流性增强,并使得掺混均匀度降低,抵消了硼...     

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。     

Metal/N_2O粉末火箭发动机实验研究

采用气压驱动供粉方式,开展了Metal/N2O火箭发动机点火实验。通过分析活塞位移及燃烧室压强振荡,研究了两相流动特性。根据液滴燃烧模型,分析了燃烧室压强、颗粒滞留时间、氧燃比等因素对发动机燃烧效率的影响。通过以上研究,验证了此种发动机的优良性能。结果表明,输送管路中固相浓度脉动幅度在颗粒粒径40μm、两相流空隙率97%、氮气流动速度27 m/s情况下小于±0.36%;Mg/N2O实验平均特征速度效率在燃烧室压强0.5 MPa情况下高达96.4%,Al/N2O实验在燃烧室0.91 MPa情况下燃烧效率达到88.5%;提高燃烧室压强、颗粒滞留时间,可提高燃烧效率,但氧燃比对燃烧效率影响较为复杂。     

2HDNPPb恒容燃烧能的测定及其在RDX-CMDB推进剂中的应用

利用精密转动弹热量计测定了2-羟基-3,5-二硝基吡啶铅盐(2HDNPPb)的燃烧能ΔcU,其结果为(-7 265.08±3.97)J/g。据此计算的标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓分别为(-4 425.81±2.43)kJ/mol和(-870.47±2.76)kJ/mol。利用均匀设计法,研究了2HDNPPb、2-羟基-3,5-二硝基吡啶铜盐(2HDNPCu)和炭黑(CB)在RDX-CMDB推进剂燃烧中的复合催化作用,发现当3种组分的加入量分别为1.0%、0.6%和0.6%时,推进剂在所测压强范围内有最高燃速,并且压强指数较低。     

铝粉燃料与水反应的研究进展

Al/H2O反应具有高能量密度,可用于水下推进和太空发动机中。对水反应Al粉燃料的制备和Al/H2O燃烧反应的研究现状进行了综述。通过分析认为,Al的超细化和对其包覆处理能提高Al粉的抗氧化能力与水反应活性,可改善Al粉贮存性能及水反应的燃烧性能。阐述了Al粉点火、水反应燃烧机理及其影响因素,对Al/H2O反应进一步研究的重点及其应用前景进行了展望。     

不同粘合剂改性硼基粉末燃料点火燃烧特性

使用重结晶及挤出滚圆的方法,制备了硼基粉末燃料,初步分析了GAP含量对粉末燃料形貌的影响。结果表明,提高GAP含量,可显著降低颗粒之间的粘聚现象,改善颗粒形状规则程度,其含量达到30%时,颗粒粒径较大、形状规则,流化性能好。在此基础上,通过点火燃烧实验研究了HTPB和GAP作为粘结剂对燃料的点火燃烧过程的影响。结果表明,相同含量下,GAP团聚硼颗粒的平均点火延迟时间明显低于HTPB团聚硼粉样本的点火延迟时间,10%GAP团聚硼颗粒的平均点火延迟时间远低于10%HTPB团聚的硼粉。随着GAP含量由10%提升到30%,硼基粉末燃料的平均点火延迟时间由100.7 ms缩短至45.1 ms,当GAP含量达到30%时,GAP热解产生的大量燃气会促进样本内硼颗粒在空间的离散,使硼颗粒与氧气有着更好的接触,从而在更短的时间内燃尽。     

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。     

Mg粉/CO2粉末火箭发动机点火试验研究

初步设计了粉末火箭发动机,并以Mg粉作为燃料、CO2作为氧化剂进行了点火试验.研究结果表明,在一定的压强和温度下,利用空气与Mg粉的燃烧放热可成功引燃Mg粉/CO2,且在关闭空气后达到自持燃烧；燃烧室壁面沉积较多,主要以MgO为主,还有一部分未燃烧的Mg；通过该试验验证了Mg粉/CO2粉末火箭发动机方案的可行性.     

氩-氢混合放电等离子体还原BCl_3制备高纯纳米硼粉

利用氩气与氢气电弧放电产生氩-氢混合等离子体还原三氯化硼,获得还原产物纳米硼粉。在等离子体放电功率19.2 k W,氩气、氢气进气流率分别1.5 m3/h,BCl3进料量1 500 g/h实验条件下,硼粉收率达到最大值58%。利用DSCTG(热重分析仪)、XRD(X射线衍射仪)、XPS(X射线光电子能谱仪)、SEM(扫描电子显微镜)分析了样品起始氧化温度、组成、物相及形貌。结果表明,所得硼粉粒径在50~100 nm之间,其中84%为无定型硼;另外,存在六方晶胞和四方晶胞的2种晶体硼,该硼粉的起始氧化温度约在200℃。排除纳米硼粉表面的吸附氧,单质硼的纯度大于98%。通过对硼粉的洗涤和烘烤证明,用简单的去离子水洗涤可进一步提高硼粉纯度,在80℃以下,纳米硼粉在空气中几乎不被氧化。     

新型降速剂对聚醚推进剂燃烧性能的影响

为了进一步降低聚醚推进剂燃烧速度,采用TG/DTA法分析了新型降速剂对推进剂主要组分(粘合剂、增塑剂、氧化剂)热分解行为的影响,并考察了降速剂在聚醚推进剂中的应用效果,研究了降速剂粒径、含量对推进剂燃烧性能的影响。研究表明:新型降速剂可以抑制PET、AP的热分解,使PET分解温度提高约40℃,使AP低温分解提高约30℃,使高温分解提高约15℃;新型降速剂在聚醚推进剂中降速效果明显,当用量为2%,压强为7 MPa下静态燃速由8.73 mm/s降低至6.26 mm/s,降幅为28.3%,动态燃速由10.85 mm/s降低至8.59mm/s,降幅为20.8%,效果优于碳酸钙、草酰胺等常用降速剂;提高降速剂含量、减小粒径,均有利于提高降速效果,但对降低压强指数没有作用。该降速方法可以推广到其他推进剂体系中。     

片状Al及Al//Mg合金粉的制备及性能

针对金属/水推进剂对金属粉的要求,采用双向旋转球磨机制备了片状Al及Al/Mg合金粉.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(TG-DSC)、简易点火温度和水反应特性测试装置等手段分析了产物的形貌、结构及高温氧化过程、点火温度和水反应特性等.与球形Al对比结果表明,片状Al及Al/Mg合金粉总增重率大幅提高,初始放热峰温降低,活性增强,点火温度分别降低150℃和400 ℃以上.Al/Mg合金粉的水反应活性优于片状Al粉.     

纳米可燃剂对HMX的热分解性能及热分解动力学参数的影响

以二甲基亚砜为溶剂,利用超声辅助喷雾重结晶原理制备了含有不同比例的纳米Al、Si可燃剂的HMX混合粒子;用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对制备的复合粒子进行性能表征;重点研究了基于Kissinger法下所得含不同比例纳米可燃剂的混合粒子热分解性能。结果表明,与未加纳米可燃剂的HMX相比,加入质量分数为20%的纳米Al可燃剂细化的HMX的活化能Ea、活化熵ΔS、活化焓ΔH,活化自由能ΔG分别降低了26.07、19.23、26.09、11.75 k J/mol,随着纳米可燃剂含量的增加,催化效果越来越明显而且相同比例的纳米Al可燃剂比纳米Si可燃剂催化效果更好。也就是说,纳米可燃剂能够提高高温下HMX的反应速率,对HMX的热分解有明显的催化作用。     

制备方法对Al/Fe2 O3纳米铝热剂储存性能的影响

利用SEM、XRD和DSC研究了制备方法对Al/Fe2 O3纳米铝热剂储存性能的影响。结果表明,超声共混法制备的纳米铝热剂放置60 d后,活性铝的平均粒径减小4 nm,使得铝热反应放热量降低13%,之后趋于稳定;机械球磨法制备的纳米铝热剂放置7 d后,活性铝平均粒径减小3 nm,120 d之后,缓慢减小至57.8 nm,活性铝的减少使得铝热反应放热量损失高达16%,;溶胶-凝胶法所制备的纳米铝热剂储存120 d后,活性铝平均粒径减小仅1 nm,明显地减缓了纳米铝粉的氧化,放热量损失仅为6%,并保持稳定。     

高活性纳米金属粉的静电火花刺激响应

高活性纳米金属粉具有热值高、密度大、点火和燃烧性能良好的优点,对提高固体推进剂的能量性能及燃烧性能具有非常重要的作用。采用SEM、EDS、XRD等手段对高活性金属粉进行了结构表征,采用静电火花感度评价方法研究了不同粒径Al和Zr对静电火花刺激响应特性,分析了不同金属形貌对静电火花刺激的响应特性,探讨了粒度对金属粉的静电火花感度的影响。结果表明,较之Al粉,Zr对静电刺激更为敏感,50%发火能仅为5.13 mJ;球形颗粒的金属粉较不规则形貌颗粒具有较低的发火能量,而随着纳米金属粒径的增大,其对静电火花刺激敏感程度呈下降趋势。研究成果为促进Al和Zr粉在固体推进剂中的安全使用提供了技术参考。     

SiC/CVD SiC复合涂层的抗氧化及抗热震性能研究

为了提高C/SiC复合材料耐高温性能,采用泥浆浸渍裂解与真空化学气相沉积(CVD)在材料表面制备了SiC/CVD SiC复合涂层,通过XRD、SEM分析了涂层组成与结构;研究了复合涂层的高温抗氧化(700～1 500℃)和抗热震性能。结果表明,泥浆浸渍法制备的SiC涂层具有一定的封孔效果,可使材料开孔率下降,但高温抗氧化效果并不佳,1 200℃氧化10 min后材料弯曲强度保留率下降明显仅有86%。CVD SiC涂层结构致密,与SiC封孔涂层结合较好,在700～1 500℃具有较好的抗氧化效果,随着氧化温度的升高,氧化后涂层完好,表面O元素逐渐增加,材料失重率缓慢增加但不大于0.5%,且材料性能并未下降。涂层材料在1 200℃-10 min短时热震5次后材料弯曲强度保留率仍有95%以上,且未出现开裂、剥落等热震损伤。在1 200℃-30 min长时热震10次后,涂层材料基本被完全氧化,材料失去保护作用,弯曲强度下降至90%左右。