国外对金属氢化物材料性能及其在含能材料中的应用已进行了系统化的研究[1-4,6-11]。研究表明,含AlH3推进剂比冲比含Be的推进剂高17%左右。而国内固体推进剂中添加金属氢化物的研究还处于起步阶段[7-10],尤其在能量特性预示方面,还不能为推进剂配方设计提供明确性的思路,研究工作不系统、不深入。26972
1965年Flynn等[12]将AlH3 用于双基推进剂中,将推进剂的理论比冲提升至2874.34N•s/Kg,实测比冲最高可达2675.4N•s/Kg,表现出优异的性能。但AlH3是一种动力学稳定的氢化物,其分解放氢为弱放热反应[13],这意着在室温贮存过程中AlH3会发生缓慢分解反应,不利于推进剂的长期贮存。刘明星等[14]采用LiAlH4还原AlCl3的方法制备了AlH3,产品的产率90%大于。采用不同的稳定剂对合成的样品进行了稳定化处理,将经处理的样品通过在70℃进行放气量测试比较了热稳定性,发现经稀酸处理的AlH3样品稳定性最好。并研究发现,样品中添加金属铝粉能有效降低AlH3的静电感度。
作为一种良好的高能固体、固液推进剂的添加剂,三氢化铝(AlH3)具有无毒、燃烧热高、成气性好的优点。根据计算发现[15],如果固体推进剂中的铝粉被AlH3代替,可以使比冲提高10s;如果固液推进剂中铝粉被AlH3代替,能使比冲提高32s;而添加了AlH3的液体推进剂可以使比冲提高27s。俄国[16]在AlH3推进剂的研究中发现,AlH3采用某种特殊工艺使自身聚合形成链状或环状聚合物,很大程度地改善了自身的不稳定性,故而AlH3在推进剂中的应用得以实现。添加10~20%AlH3的AlH3+AP+粘合剂体系推进剂中,比冲可高达2549.7N・S/kg,同时解决了体系安全性能。
2007年贵大勇等[17]关于NaBH4对Ba(NO3)2 RP Mg燃烧型烟火剂(燃烧剂)体系的影响研究中发现,Ba(NO3)2 RP Mg燃烧剂中添加NaBH4热值显著提高;当燃烧剂中NaBH4的含量为20%时,可以提高14.3%的热值;与此同时,NaBH4 的添加能使燃烧剂的感度降低、综合性能提高。但该类化合物具有较强的还原性,可能会与推进剂的氧化性成分发生相容性问题,故其与推进剂各组分间的相互作用仍需进行深入研究。论文网
刘磊力等[18]用热分析法(DSC)研究了Mg2NiH4、Mg2Cu-H和MgH2对AP热分解的影响,并将这3类储氢材料作为含能催化剂用于AP/Al/HTPB推进剂中。研究结果显示3种镁基储氢材料都能使AP/Al/HTPB推进剂的燃烧速度增高,尤其是添加了MgH2和添加Mg2Cu-H的推进剂燃速有明显提高。由于储氢合金不仅性能稳定,而且在加热条件下可将氢释放出来,被释放的氢与氧气反应生成水,同时伴随着大量热量地产生,进而导致合金粉剧烈燃烧,从而更多的热量被释放出来。因此,推进剂中储氢合金的应用具有改善推进剂的燃烧性能和增大推进剂推力的潜力。郑雪萍等[19]通过PCT设备对关于催化剂Ti和LaCl3对LiAlH4和NaAlH4储氢性能的影响进行研究,发现掺杂了LaCl3的LiAlH4和NaAlH4的放氢性能明显比掺杂Ti的放氢性能高。结果表明,NaAlH4的放氢量和放氢速率均随着LaCl3含量的增加而先增加后减少。特别指出,当NaAlH4试样的LaCl3含量为3mol%时,其放氢量达到最大同时放氢动力学性能最佳,掺杂Ti的NaAlH4激活能为41.6KJ/mol,低于所报道的相关激活能值。
2014年李猛等[20]人进行了金属氢化物对复合推进剂能量特性影响的研究,发现在HTPB三组元和四组元配方体系中,AlH3、LiAlH4及Mg(AlH4)2标准理论比冲增加率最大为3.2%、1.13%、0.7%,均大于Al的标准理论比冲。同年,裴江峰等[21]计算了LiAlH4、Mg(AlH4)2对p(BAMO-AMMO)基推进剂能量性能的影响,得到了与李猛等人关于HTPB复合推进剂的研究结果类似的规律,即推进剂中的Al被LiAlH4、Mg(AlH4)2替代后能量水平提高。但100℃左右条件下LiAlH4和Mg(AlH4)2就可能分解放出氢,热稳定性较低,不能满足现有某些推进剂加工成型工艺条件,生产过程存在安全隐患。并且金属铝氢化合物具有较强的还原性,在应用于推进剂的研究方面,其与推进剂各组分间的相容性问题仍然需要进行系统研究
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