纳米金属催化剂在推进剂中应用进展

固体推进剂是军事和航天技术的重要研究领域,一直为国内外研究者所重视。目前,高能和高燃速推进剂是最热门的研究方向。在提高固体推进剂燃速的众多方法中,采用纳米催化剂被认为是最有前途的方法之一。纳米催化剂既具有高效的催化作用,又具有很好的能量性能。将该新型催化剂应用到固体火箭推进剂中,发现使推进剂的能量性能和燃烧性能都得到较大提高。回顾纳米催化剂的研究和发展,介绍纳米催化剂若干问题、制备及应用。     

固体推进剂用纳米燃烧催化剂制备研究新进展

综述了固体推进剂用纳米燃烧催化剂制备方法的最新研究进展,讨论固相反应法、电解法、水热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法制备纳米粒子的优缺点,指出了固体推进剂用纳米催化剂制备研究中存在的问题,今后纳米燃烧催化剂制备方法发展的方向及研究重点： （1） 发展和完善现有制备工艺,寻求适合工业化生产的高效、廉价制备途径;（2） 深入地研究纳米结构和性质以及制备机理;（3） 纳米催化剂表面改性和修饰技术研究;（4） 推进剂用绿色纳米有机催化剂、含能纳米有机催化剂,以及由一些新型碳材料比如碳纳米管、C60等制备的复合纳米催化剂.     

固体推进剂采用的纳米材料的制备方法

综述了用于固体推进剂中的纳米金属粉、纳米燃烧催化剂、纳米炸药以及纳米含能复合粒子的制备方法及若干新进展，并对这些制备方法加以评述；提出了目前用于固体推进剂中的纳米材料制备中存在的主要问题。     

纳米金属氧化物对AP复合推进剂的催化研究

随着科学技术的发展,用纳米催化剂调节固体推进剂的燃烧性能已成为研究热点。综述了纳米金属氧化物对AP和AP复合推进剂的催化研究现状,分析了其对AP和复合推进剂燃烧性能的影响规律,总结了其目前在复合推进剂中应用所存在的问题,并展望了纳米金属氧化物作为推进剂燃速催化剂的应用前景。指出了纳米金属氧化物作为催化剂在AP复合推进剂中应用可获得优于非纳米催化剂的燃烧性能,纳米金属氧化物在复合固体推进剂中有广泛的应用前景。     

含 AP 的叠氮类复合推进剂的平台燃烧特性

本文研究了高压下氧化铁催化剂对推进剂催化作用的位置和机理，催化剂如何提高推进剂燃烧速度和产生平台燃烧特性，利用等温热重分析法（ＴＧＡ）、差示扫描量热法（ＤＳＣ）和快速扫描ＦＴＩＲ分光光度法等技术研究了推进剂凝聚相区化学过程。在相对较低压力区内未催化的含高氯酸铵（ＡＰ）叠氮类复合推进剂表现出不稳定燃烧，在此压力范围内燃烧表面的热平衡也不稳定，因此氧化铁改变了推进剂的燃烧特性并提高了燃烧速度，伴随着平台－麦撒燃烧特性。燃烧速度对压力的不敏感性表明，在催化作用机理上分析，推进剂凝聚相化学在ＡＰ粒子的外表面，阻止了更多的ＡＰ的分解，但并没有影响推进剂的平台燃烧。Ｆｅ２Ｏ３对推进剂燃速提高的影响比Ｆｅ３Ｏ４的大。研究中所用的推进剂使用Ｆｅ３Ｏ４时，它的催化作用对降低压力指数更为有利。     

纳米镍粉在高能推进剂中的应用研究

文中合成了含纳米镍粉的聚醚聚氨酯体系高能固体推进剂,并应用扫描电镜对复合固体推进剂中所含纳米镍粉进行表征,考察了纳米镍粉对高能推进剂燃烧性能的影响,应用差示扫描量热实验初步研究了纳米镍粉对高能推进剂燃烧性能影响的机理.研究结果表明纳米镍粉能有效调节高能推进剂燃烧性能,虽然纳米镍粉能有效调节高能推进剂燃烧性能,但纳米镍粉的混入分散工艺要改进,避免团聚产生.     

含相稳定硝酸铵的CMDB推进剂燃烧性能研究

详细研究了含相稳定硝酸铵(PSAN)的复合改性双基(CMDB)推进剂的燃烧规律.发现PSAN使CMDB推进剂的燃速降低,压强指数升高;对催化PSAN热分解有效的燃烧催化剂也可改善含PSAN的CMDB推进剂的燃烧性能,其中催化剂Ct-A的催化作用最为有效.     

纳米Ｃu/CNＴs对AP/HTPB推进剂热分解与燃烧的催化研究

以碳纳米管为载体,采用液相还原沉积法制备了纳米Cu/CNTs复合催化剂,并用SEM、XRD和XPS对其结构和成分进行了表征。研究了纳米Cu/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解和燃烧过程的催化作用,结果表明：纳米Cu/CNTs能显著降低AP] HTPB推进剂的热分解峰温,并使总表观分解热明显增大,且对AP/HTPB推进剂燃烧有良好的催化效果,能显著提高推进剂的燃速,降低压强指数。初步探讨了纳米Cu／CNTs催化AP] HTPB推进剂热分解和燃烧过程的作用机理。     

固体推进剂用燃烧催化剂的研究进展

综述了近年来固体推进剂中燃烧催化剂的国内外研究进展。总结了金属、金属氧化物、金属复合氧化物、金属有机化合物、含能化合物和新型碳材料等燃烧催化剂的特点和发展方向,以及量化计算在燃烧催化剂中的应用研究。可以看出,燃烧催化剂已由普通单一催化剂向纳米复合催化剂发展,由惰性催化剂向含能催化剂发展。量化计算可用于研究催化机理,预测及计算催化剂的结构和性能,指导燃烧催化剂的合成及其应用。考虑到绿色环保是当前社会发展的主题以及含能催化剂兼具含能和纳米双重优点,认为通过量化计算,设计合成绿色、钝感复合含能催化剂是未来燃烧催化剂的研究热点。     

活性添加剂对双基推进剂燃烧催化作用的影响

加入活性添加剂可明显改进推进剂的某些性质，以满足推进剂的多用途发展需要。硝酸钾是推进剂、灭火剂的常用组分。对双基推进剂的燃烧研究表明，硝酸钾的存在使推进剂的燃烧催化作用降低。硝酸钾含量越高，催化剂作用越弱。硝胺（RDX、HMX）对推进剂的能量性质和催化作用都有积极作用。由催化剂作用原理分析，在双基推进剂燃烧表面上空有一个自由碳微粒组成的空间，这种碳粒形成一个雾状“骨架”，而催化剂的粒子由凝聚相排出后，会被该骨架截留，在该空间内充分发挥其对气相筢应的催化作用。加入硝铵后，由于RDX、HMX本身均是负氧平衡，可以促进凝聚相表面形成碳骨架。硝酸钾作为正氧平衡的添加剂，可使凝聚相表面上的碳骨架减弱，甚至消失，催化剂失去了能停留在表面上空的载体。因此活性添加剂的氧平衡性质不同，其对双基推进剂燃烧的催化作用不同。     

纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂性能的影响

研究了纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂的燃速压强指数、爆热和力学性能等的影响.结果表明:纳米催化剂对推进剂在高压强(10～18 MPa)和低压强(4～10 MPa)段的燃烧性能的影响差别较大,但压强指数都能降低到0.2以下,均达到平台推进剂水平; 而且随着纳米催化剂含量增多,推进剂的燃烧效率更充分,爆热也有一定程度的增加; 但是,纳米催化剂对推进剂的力学性能、工艺性能却有一定程度的影响.确定了纳米碳酸盐催化剂在推进剂中配比为0.5%～1%之间.     

高燃速推进剂研制现状分析

对高燃速固体推进剂研制采用的技术途径进行了分析，归纳出了六类提高推进剂燃速的方法，包括燃烧催化剂法、增加热传导法、采用纳米微粉或超细固体粒子法、新型含能材料法、金属粉／氧化剂复合粒子法和基于对流燃烧机理的方法。找出了在高燃速推进剂达到的燃速水平、提高燃速所采用的技术途径方面存在的差距，指出基于对流燃烧机理的快燃物方法具有对推进剂配方能量影响小、燃速提高幅度大、适应性广等优点，具有广阔的应用前景。     

GAP/HMX推进剂的燃烧

GAP(缩水甘油基叠氮聚合物)是一种侧链为高能基的叠氮聚合物,利用改变HMX含量的方法研究了GAP/HMX复合推进剂的燃速特性。为扩大燃速区域,采用燃烧催化剂LC(柠檬酸铅)和CB(碳黑)研究了推进剂的燃速变化。在HMX质量含量小于60％时,随HMX含量的增加燃速下降;HMX质量含量大于60％时,燃速随HMX含量的增加而上升。添加燃烧催化剂后燃速增加,压力指数下降。这种燃烧催化剂(LC或CB)分别使用时无催化作用,必须两者同时混入。而且这种燃烧催化剂对GAP粘结剂不产生催化作用。     

用均匀设计和回归分析法研究燃烧催化剤的作用规律

为了考察了3种催化剂（铅盐、铜盐和炭黑）对固体推进剂燃速的影响，运用均匀设计方法和多元回归数学模型分析研究燃烧催化剂的作用规律。结果表明：在所选的范围内，铅盐和炭黑对推进剂燃速影响较大，铜盐起辅助作用，同时三者存在相互交互作用，并随着压力的变化而呈现不同的表现形式。通过均匀设计试验结果，获得了使固体推进剂燃烧性能较佳的催化剂铅盐、铜盐和炭黑组合。     

浅谈固体推进剂燃烧催化剂的评判标准

<正>1燃烧催化剂的技术内涵固体推进剂的燃烧性能调节是实现其工程化应用的必要途径。燃烧催化剂作为固体推进剂的核心功能组分,可在调节固体推进剂燃速,控制能量释放和羽流特征信号等方面起重要作用。目前,对固体推进剂燃烧催化剂的研究主要包括四方面:一是设计制备新型多功能燃烧催化材料并表征其结构和稳定性;二是评估新型催化剂与推进剂组分的相容性和安定性;三是分析燃烧催化剂对推进剂主要组分的催化热分解动力学及机理;四是探讨催化条件下固体推进剂的燃速压力指数、火焰结构与燃烧波温度的变化规律(Q L Yan,F     

MOFs作为固体推进剂的燃烧催化剂和含能添加剂的研究进展

新材料是固体推进剂发展的基础。其中,新型含能材料以及燃烧催化剂的研发对于改善固体推进剂的性能具有重要的意义。系统介绍了金属有机框架化合物(MOFs)在多相催化以及高能化方面的进展。指出MOFs在催化烷烃、烯烃、醇等有机物以及CO的氧化反应方面具有较高的活性,具备催化推进剂燃烧反应的能力。MOFs在推进剂燃烧过程中原位生成的金属氧化物也可促进推进剂燃烧。引入高含氮量的配体可获得优异能量性能和安全性能的MOFs,改变含能配体的成分、结构及与金属离子的配位方式可调节其能量性能。认为,设计并合成可用于固体推进剂燃烧的高效MOFs催化剂,探讨其在推进剂燃烧过程中的反应机理,揭示其含能基团的成分、结构及与金属离子的配位方式对含能MOFs能量性能的影响等是今后研究重点。     

信息动态

针对导弹武器对推力随机可控固体火箭发动机的需求,介绍了一种新型燃烧可控固体推进剂及其动力装置技术.具体介绍了燃烧可控固体推进剂的基本特征、各项性能、燃烧可控固体推进剂动力装置的连续性多次启动特性、推力主动实时可控特性及其应用进展.对燃烧可控固体推进剂动力装置技术的未来发展进行了展望,燃烧可控固体推进剂发动机有望取代液体姿轨控及末修发动机,作为导弹武器动力装置或辅助动力装置,可显著提升导弹武器生存能力及突防能力.     

高燃速压强指数贫氧推进剂的研制

为了适应在不同巡航条件下（不同飞行高度和速度）富燃燃气流量可以调节的要求,用于非壅塞固体火箭冲压发动机贫氧推进剂的燃速压强指数必须大于０．５。文中论及了适应上述需求的推进剂应具有的燃速特性和力学性能,研究了ＡＰ粒度和燃速催化剂对推进剂燃速的影响,介绍了用于贫氧推进剂燃烧性能测试的设备及测试方法。研究表明,贫氧推进剂的燃烧机理与常规的ＡＰ推进剂燃烧机理之间存在显著的差异。文中提出了贫氧推进剂的稳态燃烧模型以及燃速温度敏感系数的计算模型,并对上述模型进行了计算研究。     

纳米邻苯二甲酸铅的制备及其对双基推进剂燃烧催化的研究

以邻苯二甲酸氢钾和乙酸铅为原料,采用超声液相分散沉淀法制备了纳米邻苯二甲酸铅粉体。研究了反应温度、反应物浓度以及分散剂用量对配合物粒径的影响。在反应物浓度为0.4mol·L-1、反应温度为10℃、分散剂用量为8%(v/v)时,制得平均粒径为43nm的纳米邻苯二甲酸铅。通过研究纳米邻苯二甲酸铅对双基推进剂燃烧的催化作用,发现纳米邻苯二甲酸铅在2～22MPa范围内能提高双基推进剂的燃速,且使双基推进剂在6～10MPa范围内出现较强的麦撒燃烧效应。与普通邻苯二甲酸铅催化剂相比,纳米邻苯二甲酸铅使双基推进剂燃速高于含普通邻苯二甲酸铅的双基推进剂的燃速,且在6～10MPa范围内压力指数更低。     

四唑类化合物的金属盐作为微烟推进剂燃烧催化剂的研究

研究了四唑类化合物的铅、铜和锶盐对含黑索今的复合改性双基推进剂(RDX-CMDB)燃烧性能的影响,发现:5-亚二甲基四唑铅(PbTMT)和苯基四唑铅(PbPHT)具有较好的催化作用.四唑类化合物的铅、铜盐和其它铜或催化剂复合使用时,均能提高推进剂的燃速,并产生一低压强指数区,这展示了作为含能催化剂的四唑类金属化合物在推进剂催化燃烧中有着良好的应用前景.