一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法技术

本发明专利技术为一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法。包括如下步骤：(1)将硝酸钾和粘结剂分别配制成溶液，将硼粉溶于其中一相溶液形成硼悬浮体系B

【技术实现步骤摘要】
一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法


[0001]本专利技术属于含能材料领域，具体涉及一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法。

技术介绍

[0002]点火药又称引燃药，是最重要的火工药剂之一，其作用是将需要点燃的药剂局部加热到发火点，并促使其稳定可靠的燃烧。在外界初始冲能的作用下，点火药能发生快速的燃烧反应，放出大量热、气体和灼热的固体残渣。硼/硝酸钾(boron
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potassium nitrate,BPN)是常用的高能点火药之一。它具有火焰感度高、容易点燃、热值高、爆热较大，燃烧残渣量多，点火能力强以及安全钝感等特点，是一种性能良好的高能点火药，可以代替黑火药，在常规武器、航空航天中得到了广泛的应用，是美军标准MIL
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STD
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1901A中唯一许可的直列式点火药。
[0003]硼/硝酸钾点火药的结构形态、粒径大小和粒径分布是影响其能量释放特性和感度的重要因素。目前制备点火药通常采用机械混合，这种传统宏观制备法难以保证混合均匀性的同时，无法对硼/硝酸钾微尺度结构调进行较为精确的调控；且不同批次产物之间一致性较差，较大程度的影响了硼/硝酸钾实际应用中的稳定释能。精确可控的制备环境是获得高质量含能材料的关键。近年来，一些研究人员尝试采用静电喷雾的方式制备核壳结构硼/硝酸钾点火药(CN 110526790 A，CN 107304150A)，试图提升点火药性能，改善硼/硝酸钾点火药的一致性问题。但是静电喷雾方法存在的缺点也较为明显：无法实现连续化；难以放大生产；工艺过程可控性有限；基于静电场作用的制备方式对于含能材料工艺安全性有一定的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，实现和BPN复合颗粒粒径与微尺度结构的按需调控。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：根据点火药配方将相应量的硝酸钾和粘结剂分别配制成溶液，将硼粉溶于其中一相溶液形成硼悬浮体系B
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X1，
[0007]步骤(2)：将两个流体驱动单元的出口和微混合单元的入口连接，微混合单元的入口和成型室(6)上的雾化器(8)的入口连接；将硼悬浮体系B
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X1和另一溶液相X2放入流体驱动单元中，成型室(8)内抽真空，雾化器(8)的入口通入0.1～6.0kpa的惰性气体，将成型室(8)内温度设定为80℃
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200℃；
[0008]步骤(3)：启动两个流体驱动单元，驱动硼悬浮体系B
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X1和另一相溶液X2流入微混合单元，经微混合单元混合行成的硼硝酸钾悬浮体系流入雾化器(8)中、在惰性气体的作用下形成雾化的液滴，雾化液滴进入成型室(6)干燥后成型得到超细硼/硝酸钾点火药粉末，
通过成型室下方的收集单元对超细硼/硝酸钾点火药粉末进行收集。
[0009]进一步的，步骤(1)中硝酸钾、粘结剂以及硼粉的含量以质量百分数如下：20％
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80％、0.1％
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20％以及5％
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70％。
[0010]进一步的，硝酸钾的溶剂为水，粘结剂的溶剂为酒精。
[0011]进一步的，步骤(1)中采用的硼粉的平均粒径不大于300μm。
[0012]进一步的，步骤(1)配制的硼悬浮体系B
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X1以及另一溶液相X2的浓度为0.1g/L
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40g/L。
[0013]进一步的，步骤(3)中硼悬浮体系B
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X1以及另一溶液相X2的流速为1ml/min
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20ml/min。
[0014]进一步的，两个流体驱动单元采用泵送机构。
[0015]进一步的，所述微混合单元的微混合结构是二维结构“Y”型、涡流型或螺旋型，或者是三维混沌对流型。
[0016]进一步的，所述三维混沌对流型微混合器由两块刻有通道的芯片构成，通道的形状设置为方形、圆形或三角形；两块芯片通道的设置在水平方向保持连续确保流体能顺利通过，在垂直方向上确保流体在该混合器中产生混沌对流的混合效果。
[0017]一种超细硼/硝酸钾点火药，采用上述的方法制备。
[0018]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0019]1.本申请采用一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，通过雾化器通过的惰性气体对悬浮液的雾化，实现颗粒球形化连续制备，且调整流体驱动单元的流速比，能够制备得到不同形貌的点火药，本专利技术的方法在硼/硝酸钾点火药微尺度结构调控中具备一定潜力。
[0020]2.本申请采用一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，连续、均匀的雾化过程使得样品的一致性得到了保证，一定程度避免了宏观机械混合下产品一致性差的问题；相较于近年来出现的静电喷雾等方式，雾化单元更容易实现硼/硝酸钾点火药一定规模的批量制备。
[0021]3.本申请采用一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，硼/硝酸钾微颗粒形成的微尺度复合结构有利于抑制硼粉氧化，保证硼/硝酸钾点火药能量输出特性；相对于其他宏观制备手段，雾化单元可以通过改变雾化温度、雾化时间、雾化喷头结构以及物料比例等参数精确调控球形化超细硝酸钾的粒径，硼粉聚集结构的尺寸、硝酸钾与硼粉在微尺度下的复合结构，实现微纳米级硼/硝酸钾点火药微尺度结构的按需调控。
[0022]4.本申请采用一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，实验操作简单、成本低、周期短、具有较高的得率、所用试剂绿色无害；耦合雾化单元的连续流制备策略克服了目前微化工领域面临的产量不易放大的问题，全过程连续化、无三废，易于实现硼/硝酸钾点火药绿色可控的宏量制备。雾化干燥作为一种有效的降感手段使得制备环境安全温和，有利于后期进一步实现工程化应用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术采用的制备系统示意图。
[0024]图2为按照具体实例1的实验方案制备得到的BPN。
[0025]图3为按照具体实例2的实验方案制备得到的BPN。
[0026]图4为按照实施例3的实验方案制备得到的BPN。
[0027]图5为按照实施例4的实验方案制备得到的BPN。
[0028]图6为按照实施例5的实验方案制备得到的BPN。
[0029]图7为复合组分配比(B/KNO3)对于复合含能微球微尺度核壳结构的影响；其中(a)为B/KNO3配比8/2，(b)为B/KNO3配比6.5/3.5，(c)为B/KNO3配比5/5，(d)为B/KNO3配比3.5/6.5，(e)、(f)、(g)、(h)分别为(a)、(b)、(c)和(d)的局部放大图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1‑
流体驱动单元，2
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溶液相，3
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细硼/硝酸钾点火药微尺度连续流制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：根据点火药配方将相应量的硝酸钾和粘结剂分别配制成溶液，将硼粉溶于其中一相溶液形成硼悬浮体系B
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X1，步骤(2)：将两个流体驱动单元的出口和微混合单元的入口连接，微混合单元的入口和成型室(6)上的雾化器(8)的入口连接；将硼悬浮体系B
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X1和另一溶液相X2放入流体驱动单元中，成型室(8)内抽真空，雾化器(8)的入口通入0.1～6.0kpa的惰性气体，将成型室(8)内温度设定为80℃
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200℃；步骤(3)：启动两个流体驱动单元，驱动硼悬浮体系B
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X1和另一相溶液X2流入微混合单元，经微混合单元混合生成的硼硝酸钾悬浮体系流入雾化器(8)中、在惰性气体的作用下形成雾化的液滴，雾化液滴进入成型室(6)干燥后成型得到超细硼/硝酸钾点火药粉末，通过成型室下方的收集单元对超细硼/硝酸钾点火药粉末进行收集。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中硝酸钾、粘结剂以及硼粉的含量以质量百分数如下：20％
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80％、0.1％
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20％以及5％
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱朋，刘津搏，石锦宇，简昊天，沈瑞琪，叶迎华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：