催化剂、气体发生器以及热性能和耐腐蚀性能改善的推进器制造技术

本发明专利技术提供一种催化剂，包括基本为氧化铪的载体、最多同等份的氧化锆和任选的附加稳定剂，在其表面上沉积适合促进在气体发生器和推进器中所用的推进剂反应的活性金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
采用大力促使推进剂反应生成热气体的催化剂的单组分推进剂火箭推进系统，与双组分推进剂系统相化，拥有使其在近地和勘探任务中占据了主导地位的成本和可靠性的优势。目前最常使用的单组分推进剂——肼有毒且必须在密闭容器中进行处理，由此带来与专门的地面保障设备和程序需要相关的间接成本，并且在飞船推进剂的装载作业期间需要通过其它发射准备活动的暂停使相关发射人员规避危险。比外，对于意外毒物暴露风险的担心已经极大地妨碍了单组分推进剂在战术和战略系统上的应用。已经开发了一些低毒的单组分推进剂以规避肼的缺陷，并且在一些情况下相对于肼其性能有了改进。这些单组分推进剂多数在火焰温度工作，大大超过了肼和传统的催化气体发生器和推进器中所用催化剂的现有能力。其中许多这些先进的单组分推进剂，例如，氮氧化物、过氧化物以及离子液体，如二硝酰胺铵系和硝酸羟胺系推进剂，会产生腐蚀性的和／或高氧化性反应中间体或产物，这样使得推进器、催化气体发生器、特别是催化剂必须能够抵抗这些中间体或产物造成的破坏。由于各种劣化因素，目前在单组分系统中使用的催化剂、气体发生器和推进器典型地都表现出有限的寿命。因此，仍需要为单组分推进剂提供新型有用的用于单组分推进剂的催化剂。专利技术简述提供该简述来以简化的形式介绍概念的选择，这些概念在下面的详细说明中进行进一步说明，该简述不旨在标识出要要保护主题的关键特征，也不旨在作为辅助来确定要求保护主题的范围。在一个实施方案中，公开了催化剂。该催化剂包括载体和在载体表面上的活性金属，该载体包括氧化铪和最多同等重量份的氧化锆，其中，组合的氧化铪和氧化锆占载体的至少50重量％。在一个实施方案中，所述活性金属为铑、钌、钯、锇、铱或铂中的至少一种。在一个实施方案中，所述载体是至少99重量％的氧化铪。在一个实施方案中，所述载体还包括稳定剂。在一个实施方案中，所述稳定剂包括二氧化铈或氧化钇，或者它们的任意组合。在一个实施方案中，所述载体具有大于50％的理论密度。在一个实施方案中，基于催化剂的总重量，所述活性金属为0.1重量％-50重量％。在一个实施方案中，所述催化剂的表面积为0.05m2／g-40m2／g。在一个实施方案中公开了气体发生器。该气体发生器包括：壳体，其在所述壳体内限定的空间内；催化剂，其在壳体内的所述空间内，其中所述催化剂包括包含氧化铪的载体和该载体表面上的至少一种活性金属；通向该壳体的推进剂进口；和离开该壳体的反应产物出口。该催化剂可以包括单一的优选多孔的元件或多个元件，例如，允许气体和液体流入和流出的颗粒。在一个实施方案中，所述气体发生器载体还包括最多与氧化铪同等重量的氧化锆。在一个实施方案中，所述气体发生器载体还包括稳定剂。在一个实施方案中，所述稳定剂可以是二氧化铈或氧化钇，或两者。在一个实施方案中，所述气体发生器载体可包括稳定剂，其选自二氧化铈、氧化钇或两者中的一种。在该实施方案中，所述载体可包括氧化铪或氧化铪和与氧化铪同等重量的氧化锆。在一个实施方案中，喷嘴连接到所述壳体的出口。在一个实施方案中，所述催化剂在所述壳体中形成粒子床，在该实施方案中，所述催化剂载体还可以包括稳定剂。该稳定剂可以包括二氧化铈、氧化钇或两者。所述颗粒可以具有0.5mm-2.0mm的最大尺寸。在一个实施方案中，公开了用于促使推进剂反应成包含气体的反应产物的方法。所述方法包括：使推进剂与催化剂接触，其中所述催化剂包括包括氧化铪的载体和该载体表面上的至少一种活性金属；并通过与所述催化剂接触使推进剂转化成一种或多种气体产物。在一个实施方案中，所述推进剂包括选自由氧气、硝酸羟基铵、硝酸铵、高氯酸铵、高氯酸锂、二硝酰胺铵、硝酸羟基乙基肼或它们的任意组合组成的组中的氧化剂。在一个实施方案中，所述推进剂包括选自由氢气、甘氨酸、甜菜碱、烃、醇、硝酸三乙醇胺、三硝酸三(2-氨基乙基)胺、硝酸肼和硝酸羟基乙基肼或它们的任意组合组成的组中的燃料。在一个实施方案中，所述推进剂包括化学品如肼、一氧化二氮或一种过氧化物，其剧烈分解生成一种气体产物。在一个实施方案中，来自所述气体发生器的所述气体产物可定向通过喷嘴产生推力。在一个实施方案中，所述推进剂包括氧化剂、燃料和水。在一个实施方案中，提供了催化剂、催化气体发生器和推进器，具有提高的耐高温降解和烧结性，以促进推进剂的高能反应，从而赋予改善的性能和延长的运行寿命。在一个实施方案中，提供了催化剂、气体发生器和推进器，具有对热冲击损伤降低的敏感性，以促进推进剂的高能反应，从而赋予改善的性能和延长的运行寿命。在一个实施方案中，提供了催化剂、气体发生器和推进器，具有改善的催化剂相稳定性，以促进推进剂的高能反应，从而赋予改善的性能和延长的运行寿命。在一个实施方案中，提供了催化剂、气体发生器和推进器，对于与催化剂床中和通过催化剂改善的催化金属保留有关的物理特性，其具有改善的可制造性。在一个实施方案中，提供了催化剂、气体发生器和推进器，其具有改善的加工特性，使得所述催化剂可以容易地形成期望的形状或颗粒的几何形状，从而提供改善的制造方法，特别关系到改善的堆积密度和颗粒催化剂床的一致性。附图说明结合附图，参考下面的详细描述，本专利技术的上述方面和许多附带优点将变得更容易理解，同样能更好的理解，其中：图1是示出根据本专利技术的一个实施方案的气体发生器的示意图；并且，图2是示出根据本专利技术的一个实施方案的推进器的示意图。详细描述公开了催化剂，它包括载体和沉积在载体上的活性金属。所述载体包括氧化铪。氧化铪也被称为氧化铪(IV)或二氧化铪。氧化铪的化学式为HfO2。在一些应用中，催化剂性能得到改善，密度接近理论最大值，优选为载体理论密度的至少97％。优选每单位体积催化剂的面积在0.05-40m2／g的范围内。载体可以是任何形状，包括但不限于丸状、圆柱棒、圆粒、不规则的，形成基体，如蜂窝或格栅等。所述催化剂在载体表面上包括至少一种或多种活性金属。活性金属为金属铂”族中的至少一种金属。铂族金属包括铑、钌、钯、锇、铱和铂。所述活性金属或金属的百分比范围为0.1重量％-50重量％，基于所述催化剂的总重量，其5％-30％适合大多数的应用。载体用于负载所述一种或多种活性金属。在一个实施方案中，载体可以是基本上100％的氧化铪或氧化铪和附加成分。附加成分，如二氧化铈和／或氧化钇，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化剂，其包括载体和载体表面上的活性金属，其中，所述载体包括氧化铪和最多同等重量的氧化锆，其中当存在组合的氧化铪和氧化锆时，其是载体的至少50重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.01 US 13/151,1551.催化剂，其包括载体和载体表面上的活性金属，其中，所述载体包括氧
化铪和最多同等重量的氧化锆，其中当存在组合的氧化铪和氧化锆时，其是载
体的至少50重量％。
2.如权利要求1所述的催化剂，其中，所述活性金属包括铑、钌、钯、锇
铱或铂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的催化剂，其中，所述载体是至少99重量％的氧化铪
4.如权利要求1所述的催化剂，其中，所述载体还包括稳定剂。
5.如权利要求4所述的催化剂，其中，所述稳定剂包括选自二氧化铈和氧
化钇或者它们的任意组合组成的组中的材料。
6.如权利要求1所述的催化剂，其中，所述载体具有大于50％的理论密度。
7.如权利要求1所述的催化剂，其中，基于催化剂的总重量，所述活性金
属为0.1重量％-50重量％。
8.如权利要求1所述的催化剂，其中，所述催化剂的表面积为
0.05m2／g-40m2／g。
9.气体发生器，包括：
壳体，其在所述壳体内限定的空间内，
催化剂，其在壳体内的所述空间内，其中所述催化剂包括包含氧化铪的载
体和该载体表面上的至少一种活性金属；
通向该壳体的推进剂进口；和
离开该壳体的出口，其用于包含气体的反应产物。
10.如权利要求9所述的气体发生器，其中，所述载体还包括最多与氧化铪
同等重量的氧化锆。
11.如权利要求9所述的气体发生器，其中，所述载体还包括稳定剂。
12.如权利要求11所述的气体发生器，其中，所述稳定剂包括选自二氧化
铈和氧化钇或者它们的任意组合组成的组中的材料。
13.如权利要求9所述的气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·马西，S·R·萨莱托，刘俊利，
申请(专利权)人：航天喷气发动机洛克达因股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US