核殼納米金屬-Al復(fù)合粉末的制備及其性能研究.pdf

1、本論文旨在改善復(fù)合固體推進(jìn)劑的燃燒性能，采用微納米復(fù)合技術(shù)，通過對(duì)AP/HTPB/Al推進(jìn)劑配方中的微米Al粉(金屬燃燒劑)進(jìn)行改性，制備出了以微米Al粉為核、納米金屬粒子(燃速催化劑)為殼的復(fù)合粉末，并考察了表面包覆納米金屬粒子對(duì)Al粉在空氣中高溫氧化反應(yīng)性能、對(duì)高氯酸銨(AP)和丁羥推進(jìn)劑(AP/HTPB)熱分解催化性能以及對(duì)AP/HTPB推進(jìn)劑燃燒催化性能的影響。本研究為進(jìn)一步提高AP/HTPB推進(jìn)劑的燃燒和能量特性提供了詳實(shí)的實(shí)

2、驗(yàn)數(shù)據(jù)和堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，主要內(nèi)容如下： 首先，采用化學(xué)鍍和原位置換兩種方法制備了核殼納米Ni-B/Al、Cu/Al、Ni/Al和Co/Al復(fù)合粉末，并對(duì)復(fù)合粉末進(jìn)行了較為全面的表征。結(jié)果表明，通過對(duì)制備工藝參數(shù)的調(diào)控，納米Ni-B、Cu、Ni、Co在Al粉表面均實(shí)現(xiàn)了均勻、致密地包覆，其中Co/Al復(fù)合粉末中的納米Co粒子可以具有球形和片狀兩種形貌。相比化學(xué)鍍法而言，置換法具有工藝簡單、反應(yīng)迅速、包覆物可定量等優(yōu)點(diǎn)，可以推廣為A

3、l粉表面金屬改性包覆的普適性方法。 其次，考察了表面包覆納米金屬粒子對(duì)Al粉在空氣中高溫氧化反應(yīng)過程的作用。以復(fù)合粉末的TG增重率和DSC放熱量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，利用TG/DSC同步熱分析研究了復(fù)合粉末中Al粉在空氣中的高溫氧化反應(yīng)性能，即高溫下Al粉受熱轉(zhuǎn)化為氧化鋁的氧化效率(包括氧化完全程度、氧化速率及氧化放熱量)。結(jié)果表明：(1)納米金屬/Al復(fù)合粉末的高溫氧化反應(yīng)性能較原料Al粉均有不同程度的提高；(2)復(fù)合粉末中隨著納米金屬

4、層質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其高溫氧化反應(yīng)性能增強(qiáng)；(3)Al粉表層納米金屬粒子的尺寸與形貌對(duì)復(fù)合粉末的高溫氧化反應(yīng)性能也均有影響，如微米Cu的包覆不能明顯改善Al粉的高溫氧化反應(yīng)性能，球形納米Co包覆的促進(jìn)效果要明顯高于片狀納米Co包覆：(4)當(dāng)與復(fù)合粉末具有相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米金屬粒子簡單摻雜于原料Al粉中時(shí)，其對(duì)Al粉的高溫氧化反應(yīng)性能沒有明顯的促進(jìn)作用。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了原料Al粉和核殼納米金屬/Al復(fù)合粉末的氧化反應(yīng)機(jī)理。

5、 第三，對(duì)比研究了核殼納米金屬/Al復(fù)合粉末與相應(yīng)的單一納米金屬對(duì)AP及其AP/HTPB推進(jìn)劑熱分解的催化性能，根據(jù)熱分解峰溫和表觀分解熱的變化來衡量其催化效果。結(jié)果表明，對(duì)AP以及AP/HTPB推進(jìn)劑的熱分解，納米金屬/Al復(fù)合粉末均比相應(yīng)單一的納米金屬具有更好的催化效果，其中催化性能最好的是含有片狀納米Co粒子的Co/Al復(fù)合粉末，它使AP以及AP/HTPB的高溫分解峰溫分別降低了179.9℃和60.5℃。 鑒于微米Al

6、粉對(duì)納米金屬粒子的承載既能提高Al粉高溫下氧化反應(yīng)性能，又能較好地催化AP以及AP/HTPB推進(jìn)劑的熱分解，為此研究了核殼納米金屬/Al復(fù)合粉末對(duì)AP/HTPB推進(jìn)劑燃燒性能的影響。采用靶線法對(duì)推進(jìn)劑的燃速和壓力指數(shù)分別進(jìn)行了測(cè)定和計(jì)算，根據(jù)燃速和壓力指數(shù)的變化，最終考察各種復(fù)合粉末對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的催化作用。結(jié)果表明，對(duì)于AP/HTPB推進(jìn)劑燃速和壓力指數(shù)的影響，核殼納米金屬/Al復(fù)合粉末起到了很好的催化效果，其中納米Cu/Al復(fù)合粉