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纳米铝粉的活性保持及其性能研究

查明霞  
【摘要】:纳米铝粉是现代固体推进剂的重要金属添加剂之一。与普通铝粉和微米铝粉相比,纳米铝粉具有较低的点火阈值和良好的抗凝聚性能,能够显著提高推进剂燃速和降低压力指数。但是纳米铝粉也存在一定的问题:由于特殊的体积和表面效应,其处于高度活化状态,在空气中极易与氧气和水发生反应。生成的氧化铝层被看作是“死体积”,不仅会使活性铝含量减少,还会影响纳米铝粉在推进剂中的能量密度,燃烧效率等,因此,必须对纳米铝粉表面进行有效的保护,以提高其活性和稳定性,改善存储和使用性能。本文分别制备了纳米A1/端羟基聚丁二烯(HTPB)、纳米Al/十八胺(ODA)、纳米Al/C、纳米Al/Ni和纳米Al/Ni/HTPB五种复合粒子,研究并对比了这些包覆材料对纳米铝粉的包覆效果,具体研究内容和结果如下:(1)对电爆炸法制得的三种纳米铝粉(60 nm、80 nm和110 nm)进行了研究,结果表明,将纳米铝粉加入推进剂中,能明显提高推进剂燃速,降低压力指数。与微米铝粉相比,燃速提高了 25%~57%。对比三种粒径的纳米铝粉发现,80 nm的铝粉在推进剂中的燃烧性能最好。(2)采用溶剂蒸发法对80nm的铝粉进行HTPB包覆,制备了纳米A1/HTPB复合粒子。TEM结果显示纳米铝粉呈明显的核壳结构,包覆层平均厚度为3 nm。FTIR结果显示HTPB分子通过-OH与纳米铝粉表面形成化学键合。燃烧试验结果表明:将A1/HTPB复合粒子间隔一个月,先后加入到推进剂中,推进剂的燃速和压力指数并没有明显的差异;对比纳米Al/A1203的储存活性发现,纳米Al/HTPB的活性铝含量在40天内下降很小,说明HTPB的包覆能够保持纳米铝粉的活性,防止其在空气中进一步氧化。(3)对于液相化学法制备的纳米铝粉,采用ODA、C、Ni和Ni/HTPB分别对其进行包覆,相比于A1203,这些材料都能起到一定的钝化效果,但是ODA和Ni的包覆效果较差,纳米铝粉还会继续氧化;将ODA转化为C,Ni表面再包一层HTPB后,复合粒子的活性铝含量变化很小,说明C和HTPB材料能够保持纳米铝粉的活性。


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