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镁基储氢催化材料的制备及其在推进剂中的应用研究

2020-11-23阅读(821)

镁基储氢催化材料的制备及其在推进剂中的应用研究

论文摘要

本论文采用置换—扩散法制备得到Mg2NiH4和Mg2CuH3，用直接氢化法制备得到了MgH2，采用XRD、SEM、TEM、ICP、DSC、TG等方法对其形貌、粒度、晶型、元素组成、晶变温度和储氢量等性质进行了表征。研究表明，Mg2NiH4为单一晶相，呈现八面体晶型，储氢量为3.588％，放氢温度为292.4℃；Mg2CuH3是MgCu2和MgH2的混合物。研究确定了制备镁基储氢催化材料的最佳工艺条件和仪器设备。采用热分析法（DSC-TG）研究了Mg2NiH4、Mg2CuH3和MgH2对高氯酸铵（AP）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Mg2NiH4、Mg2CuH3和MgH2可使AP的高温放热峰温度分别降低84.4℃、110.4℃和86.2℃，并使表观分解热明显增大，表现出对AP热分解反应具有良好的催化性能。MgH2对AP低温分解具有一定的催化作用，而Mg2NiH4和Mg2CuH3对高氯酸铵的低温分解表现出一定的阻碍作用。含量增加，镁基储氢催化材料的催化作用增强。不同含氢量的Mg2NiH4对AP热分解的影响差别不大。Mg2NiH4、Mg2CuH3和MgH2均可以明显降低AP／HTPB推进剂的热分解温度，使分解热显著增加，显示出对AP／HTPB推进剂的热分解具有较好的催化效果。镁基储氢催化材料对AP热分解的催化效果与对AP／HTPB热分解的催化效果不等效。本论文研究表明，LiH对AP和AP／HTPB热分解也具有一定的催化效果。本论文初步探讨了镁基储氢催化材料催化AP热分解的作用机理，其催化机理主要表现在以下几个方面：①镁基储氢催化材料中储存的H对AP热分解的催化作用；②镁基储氢催化材料中的金属元素和表面氧化物对AP热分解的催化作用。本论文还采用化学还原法制备得到纳米级FeCu合金粉末，并研究了其对AP及AP／HTPB推进剂热分解的催化性能。纳米级FeCu合金粉末对AP和AP／HTPB热分解表现出良好的催化效果。含量变化对FeCu合金粉末的催化作用影响不大。Fe与Cu的比例对纳米FeCu合金粉的催化性能有一定影响，Fe：Cu为1：1时，其对AP的催化效果最强。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 1 绪论
  • 1.1 储氢合金工作原理
  • 1.2 储氢合金的分类
  • 1.3 镁基储氢合金的特点
  • 1.4 镁基储氢合金的制备方法
  • 1.5 镁基储氢材料的应用
  • 1.6 含氢材料在推进剂中应用研究现状
  • 1.7 本课题研究目的和主要研究内容
  • 1.7.1 本课题的研究目的
  • 1.7.2 本课题的主要研究任务
  • 2 镁基储氢催化材料的制备
  • 2NiH4的制备'>2.1 Mg2NiH4的制备
  • 2.1.1 实验药品与仪器
  • 2.1.2 实验过程
  • 2NiH4的表征'>2.1.3 Mg2NiH4的表征
  • 2.1.4 结果与讨论
  • 2CuH3的制备'>2.2 Mg2CuH3的制备
  • 2.2.1 实验药品与仪器
  • 2.2.2 实验过程
  • 2CuH3的表征'>2.2.3 Mg2CuH3的表征
  • 2.2.4 结果与讨论
  • 2的制备'>2.3 MgH2的制备
  • 2.3.1 实验药品与仪器
  • 2.3.2 实验过程
  • 2的表征'>2.3.3 MgH2的表征
  • 2.4 本章小节
  • 3 镁基储氢材料催化性能的研究
  • 3.1 热分析样品的制备
  • 3.1.1 实验药品与仪器
  • 3.1.2 镁基储氢材料与AP复合粒子的制备
  • 3.1.3 AP/HTPB复合固体推进剂样品的制备
  • 3.2 分析研究方法
  • 3.3 AP的热分解
  • 3.3.1 AP的热分解特性
  • 3.3.2 AP的热分解机理
  • 3.4 AP/HTPB复合固体推进剂的热分解特性
  • 2NiH4的催化性能研究'>3.5 Mg2NiH4的催化性能研究
  • 2NiH4对AP热分解的催化性能研究'>3.5.1 Mg2NiH4对AP热分解的催化性能研究
  • 2NiH4含量对其催化性能的影响'>3.5.2 Mg2NiH4含量对其催化性能的影响
  • 2NiH4组成对其催化性能的影响'>3.5.3 Mg2NiH4组成对其催化性能的影响
  • 2NiH4对AP/HTPB推进剂热分解的影响'>3.5.4 Mg2NiH4对AP/HTPB推进剂热分解的影响
  • 2CuH3的催化性能研究'>3.6 Mg2CuH3的催化性能研究
  • 2CuH3对AP热分解的催化性能研究'>3.6.1 Mg2CuH3对AP热分解的催化性能研究
  • 2CuH3含量对其催化性能的影响'>3.6.2 Mg2CuH3含量对其催化性能的影响
  • 2CuH3对AP/HTPB推进剂热分解的影响'>3.6.3 Mg2CuH3对AP/HTPB推进剂热分解的影响
  • 2的催化性能研究'>3.7 MgH2的催化性能研究
  • 2对AP热分解的催化性能研究'>3.7.1 MgH2对AP热分解的催化性能研究
  • 2含量对其催化性能的影响'>3.7.2 MgH2含量对其催化性能的影响
  • 2对AP/HTPB推进剂热分解的影响'>3.7.3 MgH2对AP/HTPB推进剂热分解的影响
  • 3.8 镁基储氢催化材料催化AP和AP/HTPB推进剂热分解的结果分析
  • 3.9 LiH的催化性能研究
  • 3.9.1 LiH包覆有机膜实验
  • 3.9.2 有机膜包覆LiH对AP热分解的催化性能研究
  • 3.9.3 有机膜包覆LiH含量对其催化性能的影响
  • 3.9.4 有机膜包覆LiH对AP舰TPB推进剂热分解的影响
  • 3.10 镁基储氢材料催化AP热分解的机理分析
  • 3.11 热失重和氧平衡值计算
  • 3.12 本章小结
  • 4 纳米FeCu合金粉的制备
  • 4.1 实验药品与仪器
  • 4.2 实验过程
  • 4.3 纳米FeCu合金粉的表征
  • 4.4 结果与讨论
  • 4.5 本章小结
  • 5 纳米FeCu合金粉催化性能的研究
  • 5.1 纳米FeCu合金粉对AP热分解的催化性能研究
  • 5.2 纳米FeCu合金粉含量对其热分解的影响
  • 5.3 纳米FeCu合金粉组成对其催化性能的影响
  • 5.4 纳米FeCu合金粉对AP/HTPB推进剂热分解的影响
  • 5.5 纳米合金粉催化AP热分解的机理分析
  • 5.6 本章小结
  • 6 结论
  • 6.1 本文结论
  • 6.2 本课题的发展趋势
  • 致谢
  • 参考文献
  • 硕士论文期间发表的论文

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