【摘 要】
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固体推进剂是一种具备特定性能的高能量、高密度复合材料,作为固体火箭发动机的主要能量来源,在航空航天等领域有着广泛应用。燃烧催化剂作为固体推进剂的重要组分,可有效改善固体推进剂的燃烧性能。与传统燃烧催化剂相比,纳米金属（复合）氧化物由于热稳定性高、化学稳定性好,可提高推进剂燃速、降低压强指数、提升燃烧稳定性。为进一步理解纳米金属氧化物及其复合材料作为燃烧催化剂的作用机制与性能,本论文构建了系列纳米金
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固体推进剂是一种具备特定性能的高能量、高密度复合材料,作为固体火箭发动机的主要能量来源,在航空航天等领域有着广泛应用。燃烧催化剂作为固体推进剂的重要组分,可有效改善固体推进剂的燃烧性能。与传统燃烧催化剂相比,纳米金属（复合）氧化物由于热稳定性高、化学稳定性好,可提高推进剂燃速、降低压强指数、提升燃烧稳定性。为进一步理解纳米金属氧化物及其复合材料作为燃烧催化剂的作用机制与性能,本论文构建了系列纳米金属（复合）氧化物及纳米金属复合氧化物-GO复合材料,研究了它们对固体推进剂中含能组分热分解的催化性能等,并在此基础上设计优化不同配方推进剂,研究其燃烧性能,以期为设计性能优异的双基系推进剂提供基础。主要研究成果如下:（1）采用一步水热法成功合成了三种不同形貌尺寸的α-Fe2O3纳米中空晶体（Fe2O3-1、Fe2O3-2、Fe2O3-3）颗粒,对其结构形貌进行确记。通过差示扫描量热（DSC）法研究了三种样品对AP和RDX热分解性能的影响,发现三种Fe2O3均具有催化性能,排序为Fe2O3-1>Fe2O3-2>Fe2O3-3,其原因在于Fe2O3-1粒径最小,比表面积最大。进一步的热分解动力学研究也证明了Fe2O3-1降低了AP和RDX的活化能。（2）采用XRD、SEM等分析了微米B粉（1#）、纳米B粉（2#）、Al粉（3#）及B/Al复合粉（4#）的组成和形貌。通过DSC法结合热分解动力学研究了纳米B粉及B/Al复合粉对HMX和CL-20热分解的催化性能,发现B粉对CL-20有强的催化分解作用,而Al粉则起到钝化分解作用。计算了B/Al复合粉与HMX有效复合体系在热分解峰温处的ΔS≠、ΔH≠和ΔG≠热力学函数值。（3）采用原位生长法制备了CuFe2O4-GO纳米复合材料,通过XRD、SEM、TEM、FT-IR和XPS等表征了材料的组成、结构和形貌。实验研究发现复合材料对RDX热分解的催化性能依次为:CuFe2O4-GO>CuFe2O4/GO>CuFe2O4>GO;对HMX热分解的催化性能依次为:CuFe2O4-GO>CuFe2O4/GO>CuFe2O4。原位生长的CuFe2O4-GO和自组装的CuFe2O4/GO的催化性能皆优,无显著性差异,这可归因于CuFe2O4和GO形成复合材料的“正协同效应”。（4）采用溶剂热法制备了PbWO4-GO、Bi2WO6-GO、Co WO4-GO、Fe WO4-GO和Mn WO4-GO等五种钨酸盐-GO复合物,并进行了系统表征。通过DSC法研究了五种钨酸盐-GO复合物对RDX、TKX-50和FOX-7热分解的催化作用。结果表明,五种钨酸盐-GO复合物与RDX和FOX-7均具有较好的相容性。其中,Mn WO4-GO和PbWO4-GO对RDX和FOX-7的热分解峰温的降低作用更为明显。Fe WO4-GO对TKX-50的热分解催化性能优异,使TKX-50的低温和高温分解峰温分别降低20.2和27.0°C,高温分解表观活化能降低了72.3 k J·mol-1,可作为含TKX-50固体推进剂的燃烧催化剂使用。（5）在催化分解研究基础上,以金属复合氧化物-GO复合材料作为催化剂,设计了双基和改性双基推进剂。基于单幅放大彩色摄影法、高温微热电偶分布测试和扫描电镜对含不同金属复合氧化物-GO催化剂的双基和改性双基推进剂的火焰结构、燃烧波温度分布和推进剂熄火表面形貌的分析,发现PbWO4-GO对双基推进剂的催化效果比CuFe2O4-GO更优异;PbWO4-GO对改性双基推进剂的催化效果比Bi2WO6-GO好。
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