[发明专利]一种含硼富燃推进剂燃烧残渣精确定量分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对含硼富燃推进剂残渣中各组分进行精确定量分析的方法。

背景技术

含硼富燃推进剂主要用于固体火箭冲压发动机上，其燃烧时所需的氧化剂主要是取之于空气中的氧，与固体火箭发动机相比，它具有很高的比冲，是固体火箭冲压发动机最为理想的能源。含硼富燃推进剂燃烧产物分为气相燃烧产物和凝相燃烧产物。燃烧残渣是指推进剂燃烧后的凝相产物，残渣的组成成分和含量由燃烧过程决定，因此残渣组成和含量的确定可以推断燃料之间的竞争氧化和燃烧化学反应，由此推测燃烧反应机理。由于燃烧过程的复杂性，在线高温实时监控燃烧产物随空间和时间的变化，目前仍不易实现。因此采用离线化学分析方法对含硼富燃推进剂燃烧残渣进行定量分析，是研究燃烧反应机理，确定燃烧效率必不可少的手段和方法。

国内在对含硼富燃推进剂残渣分析方面已经开展了一定的研究，由于仪器分析法具有简便、快速、非破坏性地分析试样的优点，且制样较容易，可用于残渣物相的定性分析。但定量分析方面的准确度不如经典的分析化学法的高。因此，在定量分析方面主要采用化学分析法，国内目前对含硼富燃推进剂残渣定量分析主要集中在对残渣部分成分(主要是B，B₂O₃)的分析，精确度低，且存在以下不足之处：(1)在B₂O₃的定量分析时，由于含硼富燃推进剂添加了部分的镁铝金属，未考虑到燃烧残渣中生成的镁铝金属氧化物和残渣溶液中生成的硼酸发生反应，消耗掉了部分硼酸，致使硼酸残余量很少，滴定结果明显偏小，从而在常量分析过程中，对分析结果产生较大的误差。(2)在B的定量分析时，由于总硼的含量较多，生成的硼酸量也较大，造成溶液在滴定过程中硼酸与其共轭碱硼酸钠形成了缓冲溶液，滴定过程中在pH＝7附近不存在突越现象。溶液滴定的终点不应是pH＝7，根据硼酸的电离平衡计算得出终点PH＝9.24。

例如：1996年，中国科技大学的李淑芬、金荣超在《含金属固体推进剂燃烧残渣的成分分析》中，借助近代物理分析技术及化学分析法，对含金属固体推进剂燃烧后的残渣成分进行了分析。在定性分析的基础上，介绍了残渣中剩余金属及其他成分的定量分析方法。2005年，西北工业大学的庞维强、张教强等在《硼粉的包覆及含包覆硼推进剂燃烧成分分析》中，利用透射电镜，酸度计研究各种包覆剂对包覆硼粉的影响，采用化学分析法对含包覆硼推进剂的燃烧残渣进行了分析。2007年，第二炮兵工程学院的赵鹏、吴婉娥、王琰，在《含硼固体推进剂燃烧残渣中三氧化二硼和碳含量的测定及燃烧机理研究》中，对三种配方不同批次含硼富燃固体推进剂在不同压强的燃速进行了测试，利用化学分析法对燃烧残渣中的氧化硼和碳含量进行了测定。测量结果表明残渣中氧化硼的含量较低，随着推进剂配方中镁含量增高，残渣中的氧化硼含量降低，碳含量先升高后降低，氧化硼和碳的总含量则降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种含硼富燃推进剂燃烧残渣分析方法，该方法可以全面地对残渣中各组分进行精确的定量分析。

含硼富燃推进剂一次燃烧后收集到的残渣都是燃烧产生的凝相组分。含硼推进剂一次燃烧产物的凝相组分主要为B₂O₃，B，Al₂O₃，MgO，BN，C，B₄C。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1.B₂O₃含量的测定

称取残渣，按照蒸馏水和残渣质量比为100∶1的比例加入蒸馏水，在50℃下进行超声波分散30min，得到溶液，按照稀盐酸与残渣质量比为20∶1的比例向溶液中加入2mol/L的稀盐酸(密度为1.03g/cm³)，然后用1mol/L标准氢氧化钠溶液将加入定量稀盐酸后的溶液调节至pH＝5，采用中速滤纸过滤，按照甘露醇和残渣质量比为15∶1向过滤后的滤液中加入甘露醇促进硼酸的解离，用1mol/L标准氢氧化钠溶液滴定加入甘露醇后得到的溶液至pH＝7。根据滴定反应所消耗的标准氢氧化钠溶液的量，由酸碱反应原理可求出相应硼酸的摩尔数，从而可计算出残渣中B₂O₃含量。

2.B含量的测定