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纳米金属和复合金属粉的制备及其催化性能的研究

刘磊力  
【摘要】:本论文采用溶液还原法制备得到平均粒径50nm的镍粉和20nm的铜粉;采用共沉淀法制备出平均粒径20nm的NiB非晶合金粉、平均粒径40nm的CuNiB复合粉和平均粒径60nm的NiCu复合金属粉;对制备出的纳米金属和复合金属粉的结构进行了表征。通过实验研究,确定了制备纳米金属和复合金属粉的最佳合成工艺条件。 本论文主要采用热分析法(DTA)研究了纳米级镍粉、铜粉和铝粉以及纳米NiB合金粉、CuNiB复合粉和NiCu复合金属粉,对高氯酸铵和AP/HTPB复合固体推进剂热分解的催化性能。研究结果表明,5wt%的纳米镍粉、纳米铜粉和纳米铝粉可使AP的高温放热峰温度分别降低113.5℃、130.2℃、和51.8℃,并使表观分解热明显增大,表现出对AP高温分解反应良好的催化活性;纳米铜粉对AP低温分解反应同样具有较好的催化作用,而纳米级镍粉和铜粉则表现出抑制作用。纳米NiB非晶合金粉、纳米CuNiB复合粉和纳米NiCu复合金属粉可使AP的高温放热峰温度分别降低64.9℃、146.1℃和140.4℃,同时也降低了AP低温分解温度,即对AP高温和低温热分解均有很好的催化效果。含量增加,纳米粉体的催化作用增强。纳米CuNiB复合粉和NiCu复合金属粉对AP高温热分解的催化作用比单纯的纳米镍粉、铜粉和NiB复合合金粉均要强。在复合金属粉中增加Cu的比例可以增强其催化效果。 本论文研究的纳米金属和复合金属粉均可降低AP/HTPB推进剂的热分解温度,使分解热明显增加,即对AP/HTPB推进剂的热分解具有一定的催化作用。以上纳米粉体对AP热分解的催化效果与对AP/HTPB热分解的催化效果不等效。根据相关研究结果,本论文选用的纳米金属和复合金属粉均可提高AP/HTPB推进剂的燃速,以纳米铜粉和含铜的复合金属粉效果最好。 纳米金属粉催化AP热分解的机理在于①纳米粉体表面氧化物的桥梁作用;②纳米金属粉与AP热分解产物发生反应;③纳米粉体的表面效应。


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