硼鋁燃料與過氯酸銨復(fù)合處理

鋁粉、硼粉是含過氯酸銨推進(jìn)劑的主要燃料，二者的物理形態(tài)對燃燒反應(yīng)的程度影響很大，如通過采用細(xì)粒度過氯酸銨，可以減少推進(jìn)劑中鋁粉的凝聚現(xiàn)象，降低燃燒殘渣中的活性鋁的含量，實(shí)質(zhì)上是增加了過氯酸銨與鋁粒子間的接觸面積，增加反應(yīng)程度。通過復(fù)合處理，過氯酸銨的熱分解性能發(fā)生明顯改變，鋁與過氯酸銨簡單混合時，鋁對過氯酸銨熱分解無明顯催化作用，經(jīng)復(fù)合處理后，過氯酸銨高溫分解峰（456.38℃）提前至360℃，應(yīng)用于推進(jìn)劑中使推進(jìn)劑放熱總量由2620.7J/g提高至3003.7J/g。

有美國專利報道，過氯酸銨與鋁粉、黏結(jié)劑在非溶劑中進(jìn)行預(yù)處理后形成復(fù)合粒子，可使13.8MPa下推進(jìn)劑燃速達(dá)到66mm/s。與簡單混合方式相比，鋁/過氯酸銨復(fù)合物及硼/過氯酸銨復(fù)合物熱分解效率更高，對推進(jìn)劑性能影響顯著。關(guān)于鋁與過氯酸銨復(fù)合物在推進(jìn)劑中的應(yīng)用國內(nèi)尚未見報道。鋁與過氯酸銨是推進(jìn)劑主體材料，均對推進(jìn)劑的燃速、能量產(chǎn)生明顯影響，通過復(fù)合處理必然使接觸面積大幅提升，大幅改變推進(jìn)劑體系的微觀結(jié)構(gòu)，為推進(jìn)劑燃燒性能和能量特性研究提供了新途徑。

與鋁/過氯酸銨復(fù)合物不同，硼/過氯酸銨復(fù)合物是將一定比例的過氯酸銨包覆于硼顆粒表面，使硼顆粒中有效硼的含量增加。硼粉的燃燒熱大于鋁、鎂粉，但燃燒性能差；但由于硼粉顆粒表面易發(fā)生氧化形成三氧化二硼，使顆粒內(nèi)部單質(zhì)硼與氧化劑隔離，影響點(diǎn)火與燃燒，在推進(jìn)劑中往往燃燒不完全，因此改善硼粉的表面性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)硼粉應(yīng)用的前提條件。國外早在20世紀(jì)70年代已采用高氯酸銨包覆硼的方法以改進(jìn)含硼推進(jìn)劑的燃燒穩(wěn)定性。近年來針對硼粉在富燃料推進(jìn)劑中的應(yīng)用問題，國內(nèi)開展了相關(guān)研究。

我國學(xué)者制備了以過氯酸銨為包覆層、超細(xì)硼粉為核的復(fù)合粒子，提高了硼粒子中單質(zhì)硼的含量，應(yīng)用于推進(jìn)劑中能夠明顯改善推進(jìn)劑的燃燒性能，燃燒產(chǎn)物中單質(zhì)硼的含量下降。也有研究了含過氯酸銨包覆硼的推進(jìn)劑的燃燒火焰結(jié)構(gòu)、溫度分布、熱分解性能、能量和燃燒性能，發(fā)現(xiàn)過氯酸銨包覆硼使燃燒更為劇烈，能夠提高推進(jìn)劑的爆熱、低壓燃速。過氯酸銨/硼復(fù)合處理不僅利于改善硼粉的燃燒性能，還能抑制硼粉表面三氧化二硼與HTPB的副反應(yīng)，大幅度提高含硼推進(jìn)劑的工藝性能。