[发明专利]嵌埋结构的硝胺氧化剂嵌铝含能复合物及基于声共振混合技术制备方法

说明书

本发明涉及一种嵌埋结构的硝胺氧化剂嵌铝含能复合物及基于声共振混合技术制备方法，采用溶剂挥发的重结晶过程实现硝胺氧化剂/铝粉含能复合颗粒的制备，将硝胺氧化剂溶解于低沸点溶剂中，控制声共振设备的共振频率、振动强度、温度等实验参数，获得具有嵌埋结构的铝/硝胺氧化剂复合含能材料。本发明方法操作简单、效率高、原材料损耗小、产率高，可通过不同种类的溶剂实现硝胺氧化剂嵌铝含能复合物的制备；产品堆积密度高，且能有效减小铝颗粒和硝胺氧化剂之间的传质传热距离，提高反应效率；制备的硝胺氧化剂嵌铝含能复合物具有堆积密度高、热稳定性好、能量水平高等优点。本发明所提出的硝胺氧化剂嵌铝含能复合物制备方法产率可达98％以上。

技术领域

本发明属于铝基含能复合物制备领域，涉及一种嵌埋结构的硝胺氧化剂嵌铝含能复合物及基于声共振混合技术制备方法。

背景技术

铝粉(Al)作为固体推进剂中的高能燃料被广泛使用，具有成本低、高密度、高燃烧焓、低耗氧量等优点，可提高推进剂燃烧火焰温度、降低气相产物的平均分子量，显著提高推进剂的比冲。然而，推进剂中铝粉的燃烧过程仍存在亟待解决的问题：首先，由于表面的钝化Al₂O₃外壳，固体推进剂中铝粉燃面附近点火困难，导致点火随压强变化大，且铝粉的团聚降低了燃烧效率；其次，铝粉燃烧的凝相产物运动速度相对较低，无法向气相产物有效传导热量，造成两相流损失；此外，铝粉不完全燃烧形成的团聚凝相产物会对绝热层和喷管产生冲刷与烧蚀作用(肖立群,樊学忠,王晗,等. 含铝固体推进剂燃烧过程中铝粉团聚现象研究进展[J].火炸药学报,2018,41(1):10.)。

针对铝粉在推进剂中燃烧过程存在的问题，国内外学者开展了大量的研究，表明减小铝粉的点火延迟时间、生成低沸点氧化产物和提高界面反应效率是解决上述问题的有效途径(庞维强,De Luca TLuigi,樊学忠,王可,李军强,赵凤起.高活性铝粉的改性及在化学推进剂中燃烧团聚研究进展[J].固体火箭技术,2019,42(01):42-53.)。因此，制备高能量密度、高燃烧效率的铝基复合燃料成为该领域的研究热点。该类物质主要由燃料(铝粉)和氧化剂组成，还包括少量粘接剂。常用的氧化剂主要有金属氧化物、氟聚物和碘酸盐等(西北工业大学.一种基于氟聚物改性铝粉的复合固体推进剂及制备方法[P].陕西省:CN111217652B,2021-09-07.)，一些新功能材料(如金属有机框架材料)也作为氧化剂用于制备铝基复合燃料(西北工业大学.金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法[P].陕西省:CN109467493B,2020-10-27.)。

为提高推进剂能量水平，硝胺氧化剂(黑索金RDX、奥克托金HMX等)作为重要的含能氧化组分，也被用于推进剂配方设计。RDX是一种典型硝胺氧化剂，其分子结构主体为碳原子和氮原子交替连接的六元环，且在三个氮原子上分别接有一个硝基官能团，使其具有高释能水平(晶体密度1.81g·cm^-3，爆速约8600m·s^-1)。已有学者研究并制备了界面调控型Al/RDX复合颗粒，并对其点火燃烧性能进行了研究，结果表明通过RDX与铝粉的强相互作用制备得到的Al/RDX复合颗粒，形成燃料和氧化剂之间的紧密接触，可减小点火燃烧过程中的传热传质距离，有效提高其能量释放效率，改善铝粉点火困难、含铝推进剂压强指数高的问题，同时降低铝粉凝聚相产物粒径，减少其对喷管的烧蚀和两相流损失(西北工业大学.基于硝胺氧化剂包覆铝粉的复合固体推进剂及制备方法[P].陕西省:CN110885280A,2020-03-17.)。