[發(fā)明專利]一種含硼富燃料推進(jìn)劑

在審

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• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111170816A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐愛民;肖金武;張先瑞;陳濤;劉建江;黃凌;李建華;王園園;王銳
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所
• 主分類號: C06B33/06
• 分類號: C06B33/06;C06B33/12;C06D5/06
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 張彩珍

本發(fā)明涉及一種用于沖壓發(fā)動機的含硼富燃料推進(jìn)劑，它采用含有硼?金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的核殼型復(fù)合硼粉替代部分普通硼粉，這種復(fù)合硼粉以硼為核心，以過渡金屬氧化物為表層，燃燒過程中，硼燃燒而金屬氧化物被還原成單質(zhì)金屬或低價氧化物，而后還原產(chǎn)物又被環(huán)境中的氧重新氧化生成金屬氧化物。該金屬氧化物充當(dāng)了氧的載體，從而促進(jìn)了氧的轉(zhuǎn)移，改善了硼的燃燒。解決了含硼推進(jìn)劑因硼燃燒不充分導(dǎo)致燃燒效率低的問題，在不影響推進(jìn)劑綜合性能的前提下提高了推進(jìn)劑的工藝性能和燃燒性能。可解決沖壓發(fā)動機對高性能富燃料推進(jìn)劑需求問題，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體火箭沖壓發(fā)動機用富燃料推進(jìn)劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含硼富燃料推進(jìn)劑。

背景技術(shù)

固體火箭沖壓發(fā)動機使用固體富燃料推進(jìn)劑作為動力源，其中燃料含量達(dá)到30～50％，因此燃料性能是決定固體火箭沖壓發(fā)動機潛在優(yōu)異性能能否充分發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一，含硼富燃料推進(jìn)劑具有很高的熱值，是固沖發(fā)動機的首選推進(jìn)劑。

然而，硼粉的熔點和沸點較高，難于熔化和氣化，點火溫度較高(1900K)，且硼粉燃燒過程中產(chǎn)生粘性很強的硼氧化物(B₂O₃)覆蓋在硼粉表面，使得硼粉點火困難、難以充分燃燒。

另外，硼粉表面存在B₂O₃、H₃BO₃等雜質(zhì)，在裝藥過程中有可能引發(fā)端羥基聚丁二烯(HTPB)分子間的縮合反應(yīng)，使HTPB有可能進(jìn)一步聚合，該反應(yīng)會嚴(yán)重干擾以HTPB為黏合劑的推進(jìn)劑的裝藥工藝，比如在含硼富燃固體推進(jìn)劑的裝藥過程中，硼粉與HTPB混合攪拌過程中，在H₃BO₃的作用下可能促使某些化合物發(fā)生縮聚反應(yīng)生成高聚物，攪拌越充分則生成的高聚物越多，嚴(yán)重時會因為黏度問題而導(dǎo)致裝藥報廢。

采用包覆技術(shù)對硼粉進(jìn)行包覆處理可以使硼粉在保持原有特性不變的情況下具有更優(yōu)良的儲存性能，并且能夠提高其燃燒性能和能量釋放效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對硼粉低壓燃燒不充分及潛在高能量不能充分發(fā)揮出來的共性問題，本發(fā)明提出了一種含硼富燃料推進(jìn)劑，該推進(jìn)劑中含有硼-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合硼粉是以B為核，外層為過渡金屬氧化物的一種核殼結(jié)構(gòu)材料，在保持B的高熱值的同時具有更加優(yōu)良的儲存性能，且具有優(yōu)良的點火性能等諸多優(yōu)點，相比于目前高能富燃料推進(jìn)劑中常規(guī)硼粉，該核殼型復(fù)合硼粉具有更低的點火溫度，更高的氧化活性，更高的燃燒效率以及與端羥基聚丁二烯粘合劑良好的相容性，可以改善硼基富燃料推進(jìn)劑的燃燒性能，提高其能量性能。

本發(fā)明的含有硼-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的富燃料推進(jìn)劑配方用于沖壓發(fā)動機中，以含硼-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的核殼型復(fù)合硼粉替代部分普通硼粉，解決了含硼推進(jìn)劑因硼粉燃燒不充分導(dǎo)致燃燒效率低的問題，滿足先進(jìn)沖壓導(dǎo)彈對高性能富燃料推進(jìn)劑的需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：采用含有硼-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的核殼型復(fù)合硼粉替代部分普通硼粉，應(yīng)用于富燃料推進(jìn)劑配方，這種復(fù)合硼粉以硼為核心，以過渡金屬氧化物為表層，過渡金屬氧化物覆蓋于硼表面，形成核殼型復(fù)合硼粉，復(fù)合硼粉采用取代沉積法制備而成，復(fù)合硼粉中只含有硼和金屬氧化物，不含有任何有機雜質(zhì)，在惰性介質(zhì)中將過渡金屬化合物與硼粉混合，使金屬化合物沉積于硼粉表面，在一定條件下金屬化合物生成金屬氧化物，并與硼粉表層的部分硼酸反應(yīng)形成化學(xué)鍵，使金屬氧化物與硼粉的復(fù)合更為緊密，在混合過程中不會因為機械震動而導(dǎo)致氧化層脫落。

燃燒過程中，易燃金屬燃燒提供熱源，表層金屬氧化物與核心硼粉反應(yīng)，硼粉燃燒而金屬氧化物被還原成單質(zhì)金屬或低價氧化物，而后還原產(chǎn)物又被環(huán)境中的氧重新氧化生成金屬氧化物。該金屬氧化物充當(dāng)了氧的載體，從而促進(jìn)了氧的轉(zhuǎn)移，改善了硼粉的燃燒。解決了含硼推進(jìn)劑因硼粉燃燒不充分導(dǎo)致燃燒效率低的問題，在不影響推進(jìn)劑綜合性能的前提下提高了推進(jìn)劑的工藝性能和燃燒性能。