一种双氧化物复合型超级铝热剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双氧化物复合型超级铝热剂，其组成及重量份为：Al粉1-4份，CuO1-8份，MxOy?1-8份，MxOy为金属氧化物，M选自第II、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ主族金属元素、过渡金属元素或镧系元素，M不为Cu，x和y为正整数，其满足化学上合理取值，所述铝粉粒径为20~100nm。本发明专利技术双氧化物复合型超级铝热剂粒径小、纯度高，其作为燃烧催化剂对双基系推进剂的燃烧具有优良的催化效果，能显著提高推进剂燃速和降低压力指数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该含能复合型铝热剂可作为双基系推进剂燃烧催化剂，主要用于导弹、火箭的双基系推进剂装药，属于纳米材料制备

技术介绍
双基系推进剂是用于火箭和导弹的一类高能燃料，但其缺点是燃速较低、压力指数较高，需要加入燃烧催化剂来调节燃烧性能。研究发现，双基系推进剂产生超速燃烧现象与燃速催化剂粒度大小有关，催化剂比表面积越大、活性越高，其燃烧催化效果就越明显。 纳米级催化剂由于其比表面积大、比表面能高和比表面活性高带来较高的催化效率，因此在推进剂的催化燃烧中展现出巨大的优越性和优良的应用前景。研究还发现，单一的催化剂对双基系推进剂的燃烧性能有所改善，但效果并不显著，而复配型催化剂由于其“协同效应”可大大优化双基系推进剂的燃烧性能。例如，铅-铜-炭黑三者在一定的比例下复合使用，可使RDX-A1-CMDB推进剂燃速提高的同时出现压力指数小于0. 3的良好效果，甚至还可实现“平台”或“麦撒”燃烧的特性。随着火箭导弹技术的不断发展改进，其对动力源——推进剂的要求也越来越高， 因此需要开发新型的高效燃烧催化剂来满足新型固体推进剂发展的需要。此外，双基系推进剂作为火箭和导弹的动力源，其必然要追求更高的能量。然而惰性催化剂的使用虽然改善了推进剂的燃烧性能，但同时也降低了其能量。因此，探索和开发含能燃速催化剂就成为新型固体推进剂研究中的一个重要方向。含能催化剂的重要特点就是本身含能，可通过催化剂分子中引进含能基团或由含能组分组成复合型催化剂等方法来实现，其在双基系推进剂配方中既可和其它组分协同以改善燃烧性能，而且还可以释放自身能量以保证甚至提高推进剂的能量性能。纳米铝粉作为高能燃料应用于固体推进剂中，已被证明能够大大地改善推进剂燃烧性能，能显著提升固体推进剂燃速和降低燃速压力指数。然而，纳米铝粉与有机溶剂的不兼容性及在空气、酸、碱性介质中容易被腐蚀，极高的反应活性导致其易团聚且表面易被氧化而失去活性，使其在推进剂中的实际应用大打折扣，因此对纳米铝粉的表面改性、活性保护已成为当前研究的热点。由纳米铝粉和金属氧化物经复合处理得到的纳米级金属基含能材料的反应性体系，称为超级铝热剂(Super Thermites)或亚稳态分子间复合物 (Metastable Intermolecular Composites, MIC)，其作为燃烧催化剂预计会带来如下好处第一，减弱甚至消除纳米铝粉因自身各种作用力而造成的团聚现象，有效地提高纳米铝粉的分散性，从而可以保证其优异纳米功能特性的充分发挥；第二，选取在双基系推进剂中具有较好催化效果的纳米金属氧化物，可以发挥其应用于推进剂所带来的优异性能，不仅能够提高推进剂燃速，还可以降低压力指数；第三，纳米金属氧化物与纳米铝粉复合处理， 在保护纳米铝粉活性的同时，可充分利用两种材料功能性的协同效应，使纳米粒子优异功能特性得到更大程度的提高，充分发挥其作为固体推进剂燃烧催化剂的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可改善双基系推进剂燃烧特性的含能双氧化物复合型超级铝热剂，以克服现有技术的不足。本专利技术的另一个目的在于提供上述含能双氧化物复合型超级铝热剂的制备方法。本专利技术的实现过程如下一种双氧化物复合型超级铝热剂，其组成及重量份为 Al粉 1-4份 CuO 1-8 份 MxOy 1-8 份MxOy为金属氧化物，M选自第II、ΠI、IV、V主族金属元素、过渡金属元素或镧系元素，M 不为Cu，χ和y为正整数，其满足化学上合理取值，所述铝粉粒径为2(T100 nm。所述满足化学上合理取值是指，例如当金属M为二价1 时，χ为1，y为1 ；如当M 为三价La时，χ为2，y为3。上述双氧化物复合型超级铝热剂的最佳配方为 Al 粉 1-4CuO 2-6 MxOy 2-6。M优选为铅、铋、锡、镍、钴、铬、铁、锆、铝、镁、钼、镉、锰、钛、钒、锌、镧、铈、钕、铕，最优选为铅、铋、锡、锆、铈。通过上述方法制备得到的复合型超级铝热剂的粒径为8(T200 nm。上述双氧化物复合型超级铝热剂的制备方法，包括以下步骤(1)将可溶性铜盐溶于无水乙醇中；(2)向上述溶液中加入金属盐质子清除剂、纳米铝粉及金属氧化物MxOy；(3)在15 75°C生成湿凝胶；(4)将湿凝胶烘干处理得干凝胶，研磨、煅烧即制得产品； 上述所有操作在氮气保护下进行。所述的可溶性铜盐为硝酸铜、醋酸铜、氯化铜或硫酸铜；所述的金属盐质子清除剂选自1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、环氧丙醇、环氧氯丙烷、环氧氟丙烷、环氧溴丙烷、环氧己烷、丁二烯一氧化物、顺式-2，3-氧化丁烯。上述步骤(4)中湿凝胶在5(Γ100 ！真空干燥2(T40 h，煅烧处理温度为；350 V 550 °C，处理时间为1. 5 3 h。本专利技术制备得到的双氧化物复合型超级铝热剂可用于双基系推进剂中作为燃烧催化剂。为到达改善双基系推进剂燃烧特性的要求，本专利技术首先要解决单一纳米燃烧催化剂的凝结团聚问题，需要选择一种能作为燃烧催化剂的载体或防凝剂的金属氧化物、采取合适的制备工艺，以使复合型超级铝热剂活性组分在燃烧过程中均勻分散于火焰结构的表面反应区，使其充分反应达到催化效果的最大化，而不易凝聚成大颗粒或形成团聚体，此夕卜，选择的金属氧化物还可与复合的燃烧催化剂活性组分产生催化效果的“协同作用”。经专利技术人反复尝试不同金属氧化物，发现氧化铜具备上述性能，而溶胶-凝胶工艺由于其聚合作用发生在高度交联的三维空间网络“骨架”内，可在纳米尺度精确地控制产物的组成、 载体孔洞尺寸、产物颗粒尺寸和结构，因此符合要求。本专利技术的优点与积极效果(1)以可溶性铜盐、无水乙醇和金属盐质子清除剂为原料，价格低廉且容易获得，采用无毒的无水乙醇作溶剂，环境无污染；(2)产物粒径小、纯度高，反应在超声条件下液相混合，纳米铝粉和纳米金属氧化物在凝胶载体中分散较好，使最终得到的产物分散均勻；(3)本专利技术操作简单，反应过程易于控制，安全性能高，制备周期短，经济实用、生产成本低，适合于大规模生产；(4)本专利技术利用纳米材料的特性和溶胶-凝胶制备工艺的优点解决了纳米燃烧催化剂的凝聚问题，使其活性组分在推进剂燃烧过程中均勻分散，从而催化活性时间较长、催化效率提高；此外，借助复合催化剂的“协同效应”，使推进剂燃烧性能大大改善；(5)本专利技术双氧化物复合型超级铝热剂作为燃烧催化剂对双基系推进剂的燃烧具有优良的催化效果，能显著提高推进剂燃速和降低压力指数。附图说明图1是Al/CuO · PbO双氧化物复合型超级铝热剂粉体的XRD图； 图2是Al/CuO · PbO双氧化物复合型超级铝热剂粉体的SEM照片； 图3是Al/CuO · PbO双氧化物复合型超级铝热剂粉体的EDS能谱图； 图4是Al/CuO · Bi2O3双氧化物复合型超级铝热剂粉体的XRD图5是Al/CuO · Bi2O3双氧化物复合型超级铝热剂粉体的SEM照片； 图6是Al/CuO · Bi2O3双氧化物复合型超级铝热剂粉体的EDS能谱图。具体实施例方式实施例1(1)称取2.128 g三水合硝酸铜，在超声振荡条件下将其完全溶于15 mL无水乙醇中；(2)缓慢滴加5mL 1，2-环氧丙烷于上述悬浊液中，4 min后于超声振荡作用下加入 0. 3003 g纳米铝粉，随后加入0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凤起，安亭，高红旭，郝海霞，徐司雨，裴庆，谭艺，肖立柏，邢晓玲，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：