一种含硼富燃料推进剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于冲压发动机的含硼富燃料推进剂，它采用含有硼‑金属氧化物核壳结构的核壳型复合硼粉替代部分普通硼粉，这种复合硼粉以硼为核心，以过渡金属氧化物为表层，燃烧过程中，硼燃烧而金属氧化物被还原成单质金属或低价氧化物，而后还原产物又被环境中的氧重新氧化生成金属氧化物。该金属氧化物充当了氧的载体，从而促进了氧的转移，改善了硼的燃烧。解决了含硼推进剂因硼燃烧不充分导致燃烧效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的工艺性能和燃烧性能。可解决冲压发动机对高性能富燃料推进剂需求问题，应用前景广阔。

A boron rich fuel propellant

【技术实现步骤摘要】
一种含硼富燃料推进剂
本专利技术属于固体火箭冲压发动机用富燃料推进剂
，具体涉及一种含硼富燃料推进剂。
技术介绍
固体火箭冲压发动机使用固体富燃料推进剂作为动力源，其中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固体火箭冲压发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固冲发动机的首选推进剂。然而，硼粉的熔点和沸点较高，难于熔化和气化，点火温度较高(1900K)，且硼粉燃烧过程中产生粘性很强的硼氧化物(B2O3)覆盖在硼粉表面，使得硼粉点火困难、难以充分燃烧。另外，硼粉表面存在B2O3、H3BO3等杂质，在装药过程中有可能引发端羟基聚丁二烯(HTPB)分子间的缩合反应，使HTPB有可能进一步聚合，该反应会严重干扰以HTPB为黏合剂的推进剂的装药工艺，比如在含硼富燃固体推进剂的装药过程中，硼粉与HTPB混合搅拌过程中，在H3BO3的作用下可能促使某些化合物发生缩聚反应生成高聚物，搅拌越充分则生成的高聚物越多，严重时会因为黏度问题而导致装药报废。采用包覆技术对硼粉进行包覆处理可以使硼粉在保持原有特性不变的情况下具有更优良的储存性能，并且能够提高其燃烧性能和能量释放效率。
技术实现思路
针对硼粉低压燃烧不充分及潜在高能量不能充分发挥出来的共性问题，本专利技术提出了一种含硼富燃料推进剂，该推进剂中含有硼-金属氧化物核壳结构复合硼粉是以B为核，外层为过渡金属氧化物的一种核壳结构材料，在保持B的高热值的同时具有更加优良的储存性能，且具有优良的点火性能等诸多优点，相比于目前高能富燃料推进剂中常规硼粉，该核壳型复合硼粉具有更低的点火温度，更高的氧化活性，更高的燃烧效率以及与端羟基聚丁二烯粘合剂良好的相容性，可以改善硼基富燃料推进剂的燃烧性能，提高其能量性能。本专利技术的含有硼-金属氧化物核壳结构的富燃料推进剂配方用于冲压发动机中，以含硼-金属氧化物核壳结构的核壳型复合硼粉替代部分普通硼粉，解决了含硼推进剂因硼粉燃烧不充分导致燃烧效率低的问题，满足先进冲压导弹对高性能富燃料推进剂的需求。本专利技术采用的技术方案是：采用含有硼-金属氧化物核壳结构的核壳型复合硼粉替代部分普通硼粉，应用于富燃料推进剂配方，这种复合硼粉以硼为核心，以过渡金属氧化物为表层，过渡金属氧化物覆盖于硼表面，形成核壳型复合硼粉，复合硼粉采用取代沉积法制备而成，复合硼粉中只含有硼和金属氧化物，不含有任何有机杂质，在惰性介质中将过渡金属化合物与硼粉混合，使金属化合物沉积于硼粉表面，在一定条件下金属化合物生成金属氧化物，并与硼粉表层的部分硼酸反应形成化学键，使金属氧化物与硼粉的复合更为紧密，在混合过程中不会因为机械震动而导致氧化层脱落。燃烧过程中，易燃金属燃烧提供热源，表层金属氧化物与核心硼粉反应，硼粉燃烧而金属氧化物被还原成单质金属或低价氧化物，而后还原产物又被环境中的氧重新氧化生成金属氧化物。该金属氧化物充当了氧的载体，从而促进了氧的转移，改善了硼粉的燃烧。解决了含硼推进剂因硼粉燃烧不充分导致燃烧效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的工艺性能和燃烧性能。一种含硼富燃料推进剂，包含下列组分和质量百分比含量：粘合剂体系：15～29％；氧化剂：25～40％；燃料：5～30％；复合硼粉：10～40％；性能调节剂：1～7％；其中燃料包括硼(B)、镁(Mg)、铝(Al)、碳化硼(B4C)中的一种或组合，燃料粒径为1～30μm；所述复合硼粉的复合方式是以硼为核心，以过渡金属氧化物为表层，过渡金属氧化物覆盖于硼表面，形成核壳型复合硼粉，复合硼粉以硼为主体，硼含量不低于90％(质量分数)，粒径为1～10μm。复合硼粉中硼含量低于90％时会严重影响推进剂的能量性能。进一步的，上述过渡金属氧化物可以是铁氧化物、铜氧化物、镉氧化物，包括但不限于三氧化二铁(Fe2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、氧化铜(CuO)、氧化亚铜(Cu2O)、三氧化二铬(Cr2O3)。所采用的氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)中的一种或其组合,氧化剂类型为Ⅰ类(280～360μm)、Ⅲ类(90～140μm)、Ⅳ类(5～15μm)、Ⅴ类(0.5～2μm)中的一种或组合。所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)，所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中的一种或组合，增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯(ATC)、癸二酸二异辛酯(DOS)中的一种或组合，其中增塑剂含量为1～5％，如果增塑剂用量超过5.5％会导致推进剂力学性能急剧下降，不具备使用价值。所述性能调节剂为丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯/丙烯腈/烯丙胺/丙烯酸羟乙酯共聚物(PANE)、卵磷脂、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、2,4-二硝基苯氧基乙醇(DNE)、3-氨基1,2,4-三唑络高氯酸铜(ACP)、N,N-二苯基对苯二胺(DPPD)、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺(防老剂4010)中的一种或组合。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1、以硼为核心，以过渡金属氧化物为表层，过渡金属氧化物覆盖于硼表面，形成核壳型复合硼粉，在保持硼粉高热值的同时具有更优良的储存性能，并且能够提高其燃烧性能和能量释放效率，解决了含硼推进剂因硼粉燃烧不充分导致燃烧效率低的问题。2、以核壳型复合硼粉取代含硼富燃料推进剂中的相关组分，不但能提高燃烧性能和能量性能，还能改善工艺性能，可解决冲压发动机对高性能富燃料推进剂需求问题，提高固体冲压战术导弹武器的性能水平。附图说明从下面结合附图对本专利技术实施例的详细描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：附图1为本专利技术实施例中不同样品的TG曲线和DSC曲线；中(a)为不同样品的TG曲线，(b)为不同样品的DSC曲线，图中标识的曲线1代表普通硼粉、曲线2代表5％的Fe2O3包覆的硼粉、曲线3代表10％的Fe2O3包覆的硼粉。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。实施例1核壳硼粉热氧化特性测试和分析以Fe2O3为例，考察过渡金属氧化物包覆硼粉对硼粉热氧化特性的影响，对B-Fe2O3核壳硼粉进行了TG-DSC热氧化性能测试，结果如图1所示，(a)为试样的TG曲线，(b)为试样的DSC曲线，图中标识的曲线1、2、3分别代表1号样品、2号样品、3号样品，其中1号样品为普通硼粉，2号样品为5％的Fe2O3包覆的硼粉，3号样品为10％的Fe2O3包覆的硼粉，测试采用NETZSCHSTA449F3型热分析仪，温度范围和温升速度为40℃/20.0(℃/min)/1400℃，气氛20OXYGEN60NITROGEN。对B-Fe2O3核壳硼粉测试数据进行分析，得到的B-Fe2O3核壳硼粉热氧化特性如表1所示。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含硼富燃料推进剂，其特征在于：包含下列组分和质量百分比含量：/n粘合剂体系：15～29％；/n氧化剂：25～40％；/n燃料：5～30％；/n复合硼粉：10～40％；/n性能调节剂：1～7％；/n所述燃料包括硼、镁、铝、碳化硼中的一种或组合，燃料粒径为1～30μm；/n所采用氧化剂为高氯酸铵和/或高氯酸钾,氧化剂的粒径包括以下四种类型中的一种或多种的组合：Ⅰ类(280～360μm)、Ⅲ类(90～140μm)、Ⅳ类(5～15μm)、Ⅴ类(0.5～2μm)。/n

【技术特征摘要】
1.一种含硼富燃料推进剂，其特征在于：包含下列组分和质量百分比含量：
粘合剂体系：15～29％；
氧化剂：25～40％；
燃料：5～30％；
复合硼粉：10～40％；
性能调节剂：1～7％；
所述燃料包括硼、镁、铝、碳化硼中的一种或组合，燃料粒径为1～30μm；
所采用氧化剂为高氯酸铵和/或高氯酸钾,氧化剂的粒径包括以下四种类型中的一种或多种的组合：Ⅰ类(280～360μm)、Ⅲ类(90～140μm)、Ⅳ类(5～15μm)、Ⅴ类(0.5～2μm)。


2.根据权利要求1所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述复合硼粉是以硼为核心，以过渡金属氧化物为表层，过渡金属氧化物覆盖于硼表面，形成的核壳型复合硼粉；复合硼粉中硼含量按质量百分比计不低于90％，粒径为1～10μm。


3.根据权利要求2所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述过渡金属氧化物为铁氧化物、铜氧化物、铬氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞爱民，肖金武，张先瑞，陈涛，刘建江，黄凌，李建华，王园园，王锐，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42