【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(jìn)劑的首選燃料。但硼的應(yīng)用存在兩方面問(wèn)題:(1)無(wú)定形硼粉的制備工藝有待進(jìn)一步改進(jìn);(2)添加細(xì)粒度的無(wú)定形硼粉給富燃料推進(jìn)劑工藝帶來(lái)了諸多困難。因此,迫切需要開(kāi)展無(wú)定形硼粉的高效制備工藝、團(tuán)聚硼性質(zhì)的快速評(píng)價(jià)及團(tuán)聚硼在富燃料推進(jìn)劑中的應(yīng)用研究。本文以高效制備無(wú)定形硼粉為目的,在鎂熱還原反應(yīng)制備硼粉的基礎(chǔ)上,結(jié)合自蔓延反應(yīng)合成工藝,以NaBH_4為活性降溫劑,優(yōu)化反應(yīng)條件,制備了無(wú)定形硼粉。同時(shí)還建立了一套快速有效的團(tuán)聚硼性能表征方法和指標(biāo)體系,篩選出可較好滿(mǎn)足推進(jìn)劑制備和性能要求的團(tuán)聚硼。制備了含團(tuán)聚硼富燃料推進(jìn)劑,考察了團(tuán)聚硼粒度和配方對(duì)富燃料推進(jìn)劑能量性能、一次燃燒性能的影響。通過(guò)絕熱溫度計(jì)算和理論分析,確定了自蔓延反應(yīng)制備硼粉的引發(fā)溫度。結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)物的摩爾配比為理論計(jì)量比(NaBH_4∶B_2O_3∶Mg=4.0∶5.0∶9.0)時(shí),需要600℃以上才能引發(fā)并維持自蔓延反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在本研究范圍內(nèi),當(dāng)反應(yīng)原料比例NaBH_4∶B_2O_3∶Mg=4.0∶7.5∶9.9、反應(yīng)引發(fā)溫度為725℃、反應(yīng)時(shí)間為10min時(shí),無(wú)定形硼粉的硼含量最高。本文制備的無(wú)定形硼粉反應(yīng)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(jìn)劑的應(yīng)用需求,建立了一套快速有效的團(tuán)聚硼性能表征方法,系統(tǒng)表征了團(tuán)聚硼的本征性質(zhì)和應(yīng)用性能。通過(guò)測(cè)試團(tuán)聚硼/HTPB混合藥漿的粘度特性,表征了團(tuán)聚硼與HTPB的相容性;通過(guò)在一定罐磨條件下測(cè)試團(tuán)聚硼的破碎率,表征了團(tuán)聚硼的強(qiáng)度性能。在測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出了一套合理的合格團(tuán)聚硼性能指標(biāo)以篩選團(tuán)聚硼,以此篩選出了在富燃料推進(jìn)劑中適用性較好的團(tuán)聚硼。制備了團(tuán)聚硼含量為30%wt的含團(tuán)聚硼富燃料推進(jìn)劑,其理論熱值為31.67MJ?kg~(-1),測(cè)試了推進(jìn)劑的燃速、燃速壓強(qiáng)指數(shù)、燃燒熱和爆熱。發(fā)現(xiàn)當(dāng)推進(jìn)劑中所用團(tuán)聚硼的配方相同時(shí),在40~100目的范圍內(nèi),團(tuán)聚硼的粒度越粗,推進(jìn)劑的燃速越高;含添加劑A的團(tuán)聚硼使推進(jìn)劑燃速、燃速壓強(qiáng)指數(shù)、燃燒熱和爆熱降低;相同粒度及配方的團(tuán)聚硼,經(jīng)拋丸處理后會(huì)使推進(jìn)劑的燃速降低,但推進(jìn)劑的燃燒熱和爆熱提高。
【圖文】：

國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容本文采用基于鎂熱還原反應(yīng)的自蔓延法制備硼粉，反應(yīng)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(yīng)引發(fā)溫度等條件對(duì)硼產(chǎn)率和含量的影響；建立快速、有效的團(tuán)聚硼性能測(cè)試方法及評(píng)價(jià)體系，篩選性能優(yōu)良的團(tuán)聚硼；研究團(tuán)聚硼與 HTPB 相容性，優(yōu)化固體組份的粒度級(jí)配，制備高團(tuán)聚硼含量的富燃料推進(jìn)劑；研究團(tuán)聚硼配方對(duì)富燃料推進(jìn)劑能量性能 爆熱、燃燒熱、理論熱值的影響規(guī)律，探索團(tuán)聚硼顆粒粒度和配方對(duì)富燃料推進(jìn)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(yīng)（2-4）多吸收 3.85kJ 熱量。而且 NaBH4的成本更4價(jià)格為290元，而每公斤NaBH4價(jià)格僅為230元（價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)反應(yīng)式，得到一個(gè)基本反應(yīng)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(yīng) 2-1）時(shí)，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(yīng) 2-6）時(shí)，理論時(shí)，僅放熱 3.70kJ。反應(yīng)放熱量大大降低，有利于降低反應(yīng)體系的應(yīng)設(shè)備的耐熱要求。應(yīng)生成的無(wú)定形硼是粉狀產(chǎn)物，表面極易形成 B2O3氧化膜。當(dāng)反0K 時(shí)，硼表面的氧化膜會(huì)蒸發(fā)，硼直接與空氣接觸，發(fā)生強(qiáng)烈燃綠光，反應(yīng)式為2 2 34B 3O 2B O 2528.3kJ 旦該反應(yīng)發(fā)生，，則會(huì)顯著降低硼粉的產(chǎn)率。為了防止生成的 B 在反應(yīng)需要在氬氣保護(hù)下進(jìn)行。硼粉制備實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V512;TQ128

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691320