[发明专利]金属甲酸盐作为燃烧催化剂在固体推进剂中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属甲酸盐作为燃烧催化剂在固体推进剂中的应用。

背景技术

燃烧催化剂是调节固体推进剂燃烧性能不可或缺的组份之一, 是固体推进剂配方中关键的功能材料。为改善固体推进剂燃烧性能，根据固体发动机稳定工作的需求，通常希望推进剂具有燃速可调范围宽和压强指数低的燃烧特性，而这种燃烧特性主要通过添加燃烧催化剂实现。

双基推进剂和丁羟推进剂是用于火箭和导弹的一类高能燃料，其缺点是燃速较低、压力指数较高，需要加入燃烧催化剂来调节燃烧性能。根据提高燃速的幅度不同，使用的燃烧催化剂也不同。羟基二茂铁的衍生物RF、二茂铁的酯类衍生物FBB和多核二茂铁燃速催化剂GFP可使丁羟推进剂的燃速在10~100 mm/s(6.86~9.8MPa)范围内任意调节，特别是GFP的性能类似于国外的卡托辛催化剂，适用于研制30~76 mm/s(6.86MPa)高燃速丁羟推进剂。虽然二茂铁及其衍生物能大幅度提高推进剂燃速，但目前二茂铁在推进剂中易迁移、易挥发的问题尚未得到根本解决，且二茂铁及其衍生物的价格昂贵、成本高，限制了其应用。

八十年代前后，国外学者开始了过渡金属氧化物（TMO）对推进剂燃烧及AP热分解性能影响的研究。Kishore等人对Fe₂O₃、Co₂O₃、MnO₂、CoO、Cu₂O对AP及推进剂的热分解性能进行了研究。Santacesaria等人也对Co₂O₃、Fe₂O₃、CoO和Co₃O₄对AP热分解特性的影响进行了研究。Hermoai和Salmon研究了过渡金属氧化物MnO₂、CoO和Ni₂O₃对AP热分解特性的影响。研究发现TMO能催化加速AP的热分解反应，从而提高AP推进剂的燃速。

近年来，配合物作为燃烧催化剂得到了广泛研究。研究发现，柠檬酸铋和2,4-二羟基苯甲酸铋是双基系推进剂的良好燃烧催化剂，它们可显著提高双基推进剂的燃速，并降低其压强指数，且与铜盐和少量炭黑复合后，催化效果更佳。张衡等人（火炸药学报, 2001, 24(3): 7-9）以3-硝基邻苯二甲酸和硝酸氧锆为原料制备了3-硝基邻苯二甲酸锆，并研究了其对双基系推进剂燃烧性能的影响，发现3-硝基邻苯二甲酸锆对双基系推进剂燃烧具有良好的催化作用，可明显提高推进剂低压段的燃速，并显著降低高压段的燃速压力指数，其与铜盐复合后，可进一步提高燃速和降低燃速压力指数。关大林等（固体火箭技术, 1999, 22(2): 45-47）也研究了一种无毒安全的化合物Ba(NTO) .3H₂O 在固体推进剂中的应用。樊学忠等（含能材料,2007, 15(4): 316-319.）将NTO 铅盐和NTO铜盐作为含能燃烧催化剂用于AP(高氯酸铵)-CMDB 推进剂中，并对其催化特性进行了研究，发现NTO铅、铜衍生物均可提高AP-CMDB推进剂较低压强(1~7 MPa)下的燃速，而使较高压强(10~20 MPa)下的燃速降低，并可使推进剂的燃速压强指数降低。邓敏智等（固体火箭技术, 2003, 26(3):53-55）研究了四唑盐在含黑索今的微烟复合改性双基推进剂中的应用，发现四唑类的金属铅盐具有较好的催化作用，其可降低6~10 MPa 压强区间的压强指数。赵凤起等（兵工学报, 2004, 25(1): 30-33）研究了5-亚二甲基四唑铅、铜和锶盐，苯基四唑铅、铜和锶盐作为燃烧催化剂的应用。

催化燃烧过程是可燃物与氧气发生的氧化反应，氧含量高低对燃烧过程中能量的提高可能是非常重要的。现有配合物型燃烧催化剂中氧的含量不高，这可能会限制其在某些方面性能的发挥，本发明着眼于筛选高含氧的配合物型燃烧催化剂。

通过计算，发明人发现：羧酸分子中氧含量差别很大，表1为最常见的甲酸、丙二酸和对苯二甲酸氧含量对比。

表1可见，在甲酸分子中的氧含量为所有羧酸之冠，高达69.5%，而对苯二甲酸的氧含量仅为23.9%，这个分析结果启示发明人是否可以合成高含氧量的甲酸配合物，其可能会具有优秀的催化燃烧性能。发明人通过文献检索，未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于筛选提供一类高含氧量的甲酸盐燃烧催化剂。