一种高燃烧效率的包覆二氧化钛的硼燃料及溶胶凝胶法制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高燃烧效率的包覆二氧化钛的硼燃料及溶胶凝胶法制备方法，该方法采用溶胶凝胶法在硼粉表面包覆二氧化钛颗粒或者薄膜，形成包覆二氧化钛的硼燃料；溶胶凝胶法是由溶于乙醇的含钛前驱体滴加至硝酸溶液中形成TiO2胶体溶液，再将硼粉加入TiO2胶体溶液中，得到固体中间产物；将固体中间产物进行高温加热，制得包覆二氧化钛的硼燃料；包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为0.1wt.wt.％～10wt.wt.％。本发明专利技术制备的包覆二氧化钛的硼燃料具有优异的点火和燃烧性能，燃烧效率高，二氧化钛在包覆二氧化钛的硼燃料中占比较小，对硼燃料的能量密度影响较小。对硼燃料的能量密度影响较小。对硼燃料的能量密度影响较小。

【技术实现步骤摘要】
一种高燃烧效率的包覆二氧化钛的硼燃料及溶胶凝胶法制备方法


[0001]本专利技术属于高能固体推进剂
，涉及硼燃料，具体涉及一种高燃烧效率的包覆二氧化钛的硼燃料及溶胶凝胶法制备方法。

技术介绍

[0002]硼属于Ⅲ族金属元素，具有独特的结构复杂性和独特的化学物理性质，比如其密度低(2.34
‑
2.52gcm
‑3)、体积模量大(185
‑
227GPa)、熔点高(大于2000℃) 以及硬度高等。基于以上优秀的性质，硼及其化合物如硼的碳化物、热晶、氢化物和氮化物等在多个应用领域(如耐磨、高温、磨料工具、太阳能、半导体工业、制氢等)成为研究热点。最近有文献报道指出，硼与金属颗粒或金属氧化物在众多应用中被用作催化剂或载体材料。元素硼由于具有高的质量比和体积比燃烧能(硼氢化物的燃烧热一般为30000BTUs/lb左右，而煤油等一种烃类燃料的值约为18500BTUs/lb(43.1MJ/kg))，在高能量密度燃料、推进剂和炸药中被广泛用作添加剂。而且，由于硼火温度较高，在干燥或潮湿的空气中，甚至在水中都不易发生反应，所以其储存和运输非常安全。
[0003]硼与氧气反应生成固体或液体的B2O3是一个大量放热的过程，这一特点使得硼可作为推进剂中一种非常有潜力的释能组分。硼因具有特别高的单位体积燃烧焓，可广泛用作冲压发动机和火箭固体推进剂中的含能添加剂。但是，由于硼颗粒的表面氧化形成了具有保护性的低熔点粘性氧化硼(B2O3)层，阻碍了氧与硼颗粒的进一步接触，导致硼颗粒的燃烧不完全，自身高热值得不到充分发挥。大量的实验和理论研究表明，去除硼颗粒表面的氧化硼层或者对硼颗粒进行包覆可以显著提升其点火和燃烧性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种高燃烧效率的包覆二氧化钛的硼燃料及溶胶凝胶法制备方法，解决现有技术中的硼燃料的燃烧效率有待进一步提升的技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法，该方法采用溶胶凝胶法在硼粉表面包覆二氧化钛颗粒或者薄膜，形成包覆二氧化钛的硼燃料；
[0007]所述的溶胶凝胶法是由溶于乙醇的含钛前驱体滴加至硝酸溶液中形成TiO2胶体溶液，再将硼粉加入TiO2胶体溶液中，得到固体中间产物；将固体中间产物进行高温加热，制得包覆二氧化钛的硼燃料；
[0008]所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为0.1wt.％～10wt.％。
[0009]本专利技术还具有如下技术特征：
[0010]优选的，所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为 1wt.％～10wt.％。
[0011]优选的，所述的含钛前驱体包括钛酸四丁酯、四异丙醇钛、四氯化钛、四 (二甲氨)钛、四(甲乙氨)钛或四(二乙氨)钛。
[0012]优选的，该方法具体包括以下步骤：
[0013]步骤一，移取含钛前驱体，溶于乙醇中，超声充分溶解；
[0014]步骤二，配置浓度为0.001～0.5mol/L硝酸水溶液，取硝酸水溶液于反应容器中，并加入磁子，在不断搅拌的情况下用滴管逐滴滴加含钛前驱体的乙醇溶液，并设定温度为70℃持续搅拌1～8h，得到TiO2胶体溶液；
[0015]步骤三，称取硼粉加入TiO2胶体溶液中并持续搅拌1～8h，得到固体中间产物；
[0016]步骤四，离心收集固体中间产物，并用去离子水洗涤数次，最后将固体中间产物在烘箱中烘干并在60℃～80℃的温度条件下进行高温加热，制得包覆二氧化钛的硼燃料。
[0017]本专利技术还保护一种包覆二氧化钛的硼燃料，在硼粉表面包覆二氧化钛颗粒或者薄膜，形成包覆二氧化钛的硼燃料；所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为0.1wt.％～10wt.％。
[0018]优选的，所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为 1wt.％～10wt.％。
[0019]优选的，所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为 3.5wt.％～7wt.％。
[0020]优选的，所述的包覆二氧化钛的硼燃料采用如上所述的包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法制得。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0022](Ⅰ)本专利技术制备的包覆二氧化钛的硼燃料具有优异的点火和燃烧性能，燃烧效率高，二氧化钛在包覆二氧化钛的硼燃料中占比较小，对硼燃料的能量密度影响较小。
[0023](Ⅱ)本专利技术采用溶胶凝胶法在硼颗粒表面包覆二氧化钛，制备出一种包覆二氧化钛的硼燃料，该燃料具有优异的点火和燃烧性能，即使二氧化钛在较低的含量下也能显著改善硼粉的点火和燃烧。
[0024](Ⅲ)本专利技术制得的包覆二氧化钛的硼燃料的氧化放热峰温相比硼颗粒提前了54～103℃，激光点火延迟时间缩短了15～30ms。
[0025](Ⅳ)本专利技术的制备方法简单、高效、重复性好，成本低。本专利技术的制备方法具有条件温和、硼粉表面氧化钛组成、包覆量精确可控且高度分散，易于实现工业化等优点，在硼粉的表面改性领域具有很好的应用前景。
附图说明
[0026]图1为采用溶胶凝胶法制备的7wt.％
‑
TiO2/B样品的SEM和Mapping(B,O, Ti元素分布)图片。
[0027]图2为采用溶胶凝胶法制备的7wt.％
‑
TiO2/B样品的XPS数据图：(A)B 1s；(B) Ti 2p；(C)O 1s。
[0028]图3为硼颗粒和采用溶胶凝胶法制备的TiO2/B硼燃料的DSC数据图；其中 Blank B为硼颗粒；SG
‑
1为1wt.％
‑
TiO2/B；SG
‑
2为3.5wt.％
‑
TiO2/B；SG
‑
3为 7wt.％
‑
TiO2/B；SG
‑
4为10wt.％
‑
TiO2/B。
[0029]图4为硼颗粒和采用溶胶凝胶法制备的TiO2/B硼燃料的点火延迟数据；其中Blank B为硼颗粒；SG
‑
1为1wt.％
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TiO2/B；SG
‑
2为3.5wt.％
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TiO2/B；SG
‑
3为 7wt.％
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TiO2/B；SG
‑
4为10wt.％
‑
TiO2/B。
[0030]以下结合实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0031]需要说明的是，本专利技术中的所有材料和设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的材料和设备。
[0032]理想的硼表面修饰改性材料应该是在硼氧化过程中可充当氧的载体，起到传输氧的作用，改善硼颗粒的点火和燃烧性能。TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法，其特征在于，该方法采用溶胶凝胶法在硼粉表面包覆二氧化钛颗粒或者薄膜，形成包覆二氧化钛的硼燃料；所述的溶胶凝胶法是由溶于乙醇的含钛前驱体滴加至硝酸溶液中形成TiO2胶体溶液，再将硼粉加入TiO2胶体溶液中，得到固体中间产物；将固体中间产物进行高温加热，制得包覆二氧化钛的硼燃料；所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为0.1wt.％～10wt.％。2.如权利要求1所述的包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法，其特征在于，所述的包覆二氧化钛的硼燃料中的二氧化钛的含量为1wt.％～10wt.％。3.如权利要求1所述的包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法，其特征在于，所述的含钛前驱体包括钛酸四丁酯、四异丙醇钛、四氯化钛、四(二甲氨)钛、四(甲乙氨)钛或四(二乙氨)钛。4.如权利要求1所述的包覆二氧化钛的硼燃料的溶胶凝胶法制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一，移取含钛前驱体，溶于乙醇中，超声充分溶解；步骤二，配置浓度为0.001～0.5mol/L硝酸水溶液，取硝酸水溶液于反应容器中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昊，秦利军，李丹，龚婷，惠龙飞，李建国，张王乐，胡逸云，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：