[发明专利]基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法，通过喷雾干燥技术将硝胺氧化剂(如黑索金，RDX)包覆在多巴胺表面改性铝粉(Al@PDA)上，以形成致密的核壳结构微球(Al@PDA@RDX)，用于取代传统推进剂配方中的RDX和Al。本发明由于采用具有金属铝粉和硝胺氧化剂界面相互作用的复合微球，使得推进剂中的氧化剂和铝粉能够紧密接触，推进剂燃烧时铝粉和氧化剂能够快速发生反应，能够抑制氧化剂分解产物扩散和铝粉团聚过程对推进剂燃烧的不利影响。制备简单便捷，采用喷雾造粒工艺，易实现工业化生产；基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂制备方法简单，配方中各组分含量能够得到精确控制。

技术领域

本发明属于复合固体推进剂制造技术领域，涉及一种基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法。

背景技术

复合固体推进剂是一种能够通过燃烧迅速释放能量并产生推力的复合含能材料，一般由粘结剂体系、金属燃料、氧化剂、催化剂以及工艺助剂组成。调控复合推进剂的燃烧性能是实现其工程化应用的必要途径，通常采用催化剂来提高复合推进剂的燃速，降低其压强指数，提升燃烧效率(严启龙.浅谈固体推进剂燃烧催化剂的评判标准[J].含能材料,2019,27(4):266-269.)。传统的催化剂包括铵盐及有机胺、过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、二茂铁及其衍生物、铜盐及其螯合物等。在PGN/AND复合推进剂中加入0.5wt％的Fe₂O₃，可以将压强指数降低18％(尚冬琴,黄洪勇.PGN/ADN推进剂的燃烧性能[J].含能材料,2010,18(04):372-376.)；在高氯酸铵复合推进剂中加入9wt％的二茂铁能够使推进剂压强指数降低至零附近(Sinditskii V P,Chernyi A N,Marchenkov D A.Mechanism ofcombustion catalysis by ferrocene derivatives.2.Combustion of ammoniumperchlorate-based propellants with ferrocene derivatives[J].Combustion,Explosion,and Shock Waves,2014,50(2):158-167.)。

这些催化剂虽然能够调控复合固体推进剂的燃烧性能，但作用效果有限，且过量加入上述惰性组分会显著降低推进剂的能量水平(赵凤起，仪建华，安亭，等，固体推进剂燃烧催化剂[M].北京：国防工业出版社，2016.)。纳米催化剂由于其比表面积大、活性位点多，具有较高的催化效率，但纳米组分的加入对复合推进剂制备工艺带来了巨大挑战(IsertS,Groven L J,Lucht R P,et al.The effect of encapsulated nanosized catalystson the combustion of composite solid propellants[J].Combustion and Flame,2015,162(5):1821-1828.)。此外，加入与推进剂主要组分不相容的催化剂会加速推进剂的老化，破坏其力学性能和结构完整性。

铝粉作为常见的金属燃料，被广泛用于复合固体推进剂中。铝粉的加入能有效提高推进剂的能量密度，抑制发动机不稳定燃烧(陈晓龙,何国强,刘佩进,等.固体火箭发动机燃烧不稳定的影响因素分析和最新研究进展[J].固体火箭技术,2009,32(6):600-605.)。但部分铝粉会在推进剂燃面处团聚并形成大尺寸的团聚物，这些团聚物会给发动机带来两相流损失，降低推进剂燃烧效率，加剧对绝热层的冲刷和烧蚀(敖文,刘佩进,吕翔,等.固体推进剂燃烧过程铝团聚研究进展[J].宇航学报,2016,37(4):371-380.)。因此，探索能够实现高效调节复合推进剂燃烧性能、抑制铝粉团聚过程的技术途径具有重大研究意义和工程应用价值。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法，以提高推进剂燃速，降低压强指数，抑制燃烧过程中的铝粉团聚。