纳米铝粉在固体推进剂中的应用研究

论文摘要

本文分析了提高纳米铝粉活性铝含量的方法,表征了采用蒸发冷凝法和电爆法制备的纳米铝粉的性质,研究了纳米铝粉在不同贮存环境中的稳定性,开展了纳米铝粉在推进剂中的分散技术研究,制备了含纳米铝粉推进剂,研究了含纳米铝粉推进剂的燃烧性能、能量性能和力学性能。研究结果表明:选择合适的纳米铝粉粒径、采用有机物包覆和球形度高的纳米铝粉、使用合理的包装等手段能提高纳米铝粉的活性铝含量。氧化还原滴定法可以较为准确地测定纳米铝粉的活性铝含量。电爆法制备的纳米铝粉活性铝含量达到了85%,燃烧热接近普通铝粉,在500～650℃时出现明显的氧化峰。气氛、湿度和温度对纳米铝粉的活性铝含量都有影响。对80nmAl来说,湿度影响最大,温度的影响次之,气氛的影响最小。真空干燥贮存为纳米铝粉的最佳贮存方式。以活性铝含量下降10%为失效判据,预估200nmAl在25℃下的贮存寿命为468天。透射电镜可较好地表征纳米铝粉在HTPB体系中的分散效果。超声分散效果较球磨及高速搅拌等方法的分散效果好。增塑剂COF在纳米铝粉的分散过程中起了重要作用,溶液超声分散和药浆超声分散都使纳米铝粉的平均粒径降至100nm左右,溶液超声分散效果要略好于药浆超声分散。纳米铝粉与推进剂的其他组分相容性良好,制备了致密无气孔的推进剂。高活性铝含量纳米铝粉的加入,提高了推进剂的能量,含量越多,能量越高;提高了推进剂的燃速,含量越多,燃速越高,燃速压强指数越小,粒径越小,燃速越高;改善了推进剂的力学性能,提高了抗拉强度,粒径越小,延伸率越大,当纳米铝粉含量为5%时,延伸率明显高于基础配方。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 纳米材料及其特性
• 1.1.1 纳米材料的表面效应
• 1.1.2 纳米材料的小尺寸效应（体积效应）
• 1.1.3 纳米材料的量子尺寸效应
• 1.2 纳米材料在固体推进剂中的应用
• 1.2.1 纳米催化剂的应用
• 1.2.2 纳米氧化剂的应用
• 1.2.3 纳米金属粉的应用
• 1.3 纳米铝粉的制备方法
• 1.3.1 电爆法
• 1.3.2 蒸发冷凝法
• 1.4 纳米铝粉在推进剂中的应用研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本课题的任务及研究总思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原材料和实验仪器设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 纳米铝粉表面形貌表征
• 2.2.2 纳米铝粉活性铝含量测定
• 2.2.3 燃烧热和爆热测定
• 2.2.4 纳米铝粉物相及晶粒度测定
• 2.2.5 纳米铝粉的热氧化性能实验
• 2.2.6 纳米铝粉的贮存实验
• 2.2.7 纳米铝粉在固体推进剂中的分散效果表征
• 2.2.8 纳米铝粉在HTPB 体系中的分散实验
• 2.2.9 含纳米铝粉固体推进剂性能的测试
• 2.3 数据处理方法
• 2.3.1 活性铝含量测试数据处理
• 2.3.2 纳米铝粉粒径测量
• 2.3.3 固体推进剂固化体系配方计算
• 2.3.4 推进剂燃速测试数据处理
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 纳米铝粉活性保护
• 3.1.1 粒径对纳米铝粉活性铝含量的影响
• 3.1.2 包覆方法对纳米铝粉活性铝含量的影响
• 3.1.3 铝颗粒形貌对纳米铝粉活性铝含量的影响
• 3.1.4 纳米铝粉活性保护方案
• 3.2 纳米铝粉性能表征
• 3.2.1 纳米铝粉的表面形貌及粒度
• 3.2.2 纳米铝粉的活性铝含量
• 3.2.3 纳米铝粉的燃烧热
• 3.2.4 纳米铝粉的热氧化特性
• 3.2.5 纳米铝粉的XRD 谱图
• 3.3 纳米铝粉在不同环境中的贮存稳定性研究
• 3.3.1 气氛对纳米铝粉贮存稳定性的影响
• 3.3.2 湿度对纳米铝粉贮存稳定性的影响
• 3.3.3 温度对纳米铝粉贮存稳定性的影响
• 3.3.4 纳米铝粉的贮存寿命预估
• 3.3.5 小结
• 3.4 纳米铝粉在固体推进剂中的分散技术研究
• 3.4.1 纳米铝粉分散状态表征方法的研究
• 3.4.2 纳米铝粉的分散方法研究
• 3.4.3 纳米铝粉的超声分散技术研究
• 3.5 含纳米铝粉推进剂的性能研究
• 3.5.1 含纳米铝粉推进剂的制备
• 3.5.2 含纳米铝粉推进剂的能量性能
• 3.5.3 含纳米铝粉推进剂的燃烧性能
• 3.5.4 含纳米铝粉推进剂的力学性能
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果