【摘要】：相比于鎂、鋁等傳統(tǒng)金屬燃料,硼的體積熱值和質(zhì)量熱值更高,是富燃料推進劑的首選燃料。但硼的應用存在兩方面問題:(1)無定形硼粉的制備工藝有待進一步改進;(2)添加細粒度的無定形硼粉給富燃料推進劑工藝帶來了諸多困難。因此,迫切需要開展無定形硼粉的高效制備工藝、團聚硼性質(zhì)的快速評價及團聚硼在富燃料推進劑中的應用研究。本文以高效制備無定形硼粉為目的,在鎂熱還原反應制備硼粉的基礎上,結合自蔓延反應合成工藝,以NaBH_4為活性降溫劑,優(yōu)化反應條件,制備了無定形硼粉。同時還建立了一套快速有效的團聚硼性能表征方法和指標體系,篩選出可較好滿足推進劑制備和性能要求的團聚硼。制備了含團聚硼富燃料推進劑,考察了團聚硼粒度和配方對富燃料推進劑能量性能、一次燃燒性能的影響。通過絕熱溫度計算和理論分析,確定了自蔓延反應制備硼粉的引發(fā)溫度。結果表明,當反應物的摩爾配比為理論計量比(NaBH_4∶B_2O_3∶Mg=4.0∶5.0∶9.0)時,需要600℃以上才能引發(fā)并維持自蔓延反應。發(fā)現(xiàn)在本研究范圍內(nèi),當反應原料比例NaBH_4∶B_2O_3∶Mg=4.0∶7.5∶9.9、反應引發(fā)溫度為725℃、反應時間為10min時,無定形硼粉的硼含量最高。本文制備的無定形硼粉反應活性較高,在氧彈中的燃燒熱為-32143.61J?g~(-1),燃燒效率為72.78%。圍繞富燃料推進劑的應用需求,建立了一套快速有效的團聚硼性能表征方法,系統(tǒng)表征了團聚硼的本征性質(zhì)和應用性能。通過測試團聚硼/HTPB混合藥漿的粘度特性,表征了團聚硼與HTPB的相容性;通過在一定罐磨條件下測試團聚硼的破碎率,表征了團聚硼的強度性能。在測試結果的基礎上,提出了一套合理的合格團聚硼性能指標以篩選團聚硼,以此篩選出了在富燃料推進劑中適用性較好的團聚硼。制備了團聚硼含量為30%wt的含團聚硼富燃料推進劑,其理論熱值為31.67MJ?kg~(-1),測試了推進劑的燃速、燃速壓強指數(shù)、燃燒熱和爆熱。發(fā)現(xiàn)當推進劑中所用團聚硼的配方相同時,在40~100目的范圍內(nèi),團聚硼的粒度越粗,推進劑的燃速越高;含添加劑A的團聚硼使推進劑燃速、燃速壓強指數(shù)、燃燒熱和爆熱降低;相同粒度及配方的團聚硼,經(jīng)拋丸處理后會使推進劑的燃速降低,但推進劑的燃燒熱和爆熱提高。
【圖文】：

國防科學技術大學研究生院碩士學位論文1.3 本文主要研究內(nèi)容本文采用基于鎂熱還原反應的自蔓延法制備硼粉，反應體系為 Mg/B2O3、活性降溫劑為 NaBH4，研究原料配比、原料形態(tài)、反應引發(fā)溫度等條件對硼產(chǎn)率和含量的影響；建立快速、有效的團聚硼性能測試方法及評價體系，篩選性能優(yōu)良的團聚硼；研究團聚硼與 HTPB 相容性，優(yōu)化固體組份的粒度級配，制備高團聚硼含量的富燃料推進劑；研究團聚硼配方對富燃料推進劑能量性能 爆熱、燃燒熱、理論熱值的影響規(guī)律，探索團聚硼顆粒粒度和配方對富燃料推進劑一次燃燒性能的影響。本論文主要研究思路如圖 1.2 所示。

2-5）要比反應（2-4）多吸收 3.85kJ 熱量。而且 NaBH4的成本更4價格為290元，而每公斤NaBH4價格僅為230元（價格數(shù)據(jù)來源Gu）。故使用 NaBH4代替 KBH4作為活性降溫劑更為有利。合（2-1）和（2-5）兩個反應式，得到一個基本反應式4 2 3 2 2H 5B O 9Mg 14B 4NaOH 2H O 4H 9MgO 560.7用純鎂熱還原法制備硼粉（反應 2-1）時，理論上制備每克硼粉放。而在使用 B2O3/Mg/NaBH4體系制備硼粉（反應 2-6）時，理論時，僅放熱 3.70kJ。反應放熱量大大降低，有利于降低反應體系的應設備的耐熱要求。應生成的無定形硼是粉狀產(chǎn)物，表面極易形成 B2O3氧化膜。當反0K 時，硼表面的氧化膜會蒸發(fā)，硼直接與空氣接觸，發(fā)生強烈燃綠光，反應式為2 2 34B 3O 2B O 2528.3kJ 旦該反應發(fā)生，，則會顯著降低硼粉的產(chǎn)率。為了防止生成的 B 在反應需要在氬氣保護下進行。硼粉制備實驗裝置如圖 2.1 所示。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V512;TQ128

【參考文獻】

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本文編號：2691320