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固体推进剂的能量水平对固体火箭的推力有着重要影响,固体推进剂的能量释放又对其能量水平起着关键作用。为了获得高能量水平的固体推进剂,常采用添加燃烧催化剂去促进固体推进剂的能量释放,从而去提高固体推进剂的能量水平。传统的燃烧催化剂由于反应活性低、催化性能不理想,已不能满足现代军工事业的发展需要,目前正向纳米含能燃烧催化剂发展。纳米含能燃烧催化剂的反应活性高、所占比重小,且含有大量的含能基团,具有较高的催化性能。本课题组所制备得到的新型纳米含能燃烧催化剂硝化石墨烯(NGO),对高氯酸铵(AP)的热分解展现出了良好的催化效果,但NGO对固体推进剂中其他主要单质炸药的热分解催化性能还缺乏系统研究。本文将NGO作为纳米含能燃烧催化剂,分别与固体推进剂中主要的单质炸药硝化纤维素(NC)、黑索金(RDX)和奥克托今(HMX)进行复合,研究了NGO对它们热分解的催化性能。本论文主要研究内容如下:(1)NGO的制备与表征。将硝硫混酸与氧化石墨烯(GO)进行反应,制备NGO。采用元素分析(EA)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、激光拉曼光谱仪(Raman)和场发射扫描电子显微镜(SEM)对NGO的结构和形貌进行了分析,并采用原子力显微镜(AFM)表征单层NGO的厚度。结果表明,NGO的含N量为1.58%,N元素主要以—NO2和O—NO2的形式存在,微观形貌为连续透明的软薄膜状,单层厚度为1.55nm。(2)NGO/NC纳米复合材料的制备与表征。采用溶剂-反溶剂法制备了不同质量比的NGO/NC纳米复合含能材料。采用SEM和FT-IR分别对NGO/NC纳米复合含能材料进行了形貌和结构表征,采用同步热分析仪(TG-DSC)和热重质谱联用仪(TG-MS)研究了NGO对NC热分解的催化性能和机理。结果表明,NGO的加入不会明显改变NC的结构,NGO/NC纳米复合含能材料为多孔的三维网络状。NGO能明显提高NC的表观分解热,并改善其热稳定性,当NGO添加量为1%时,NC的放热峰温度由201℃升高至213℃,表观分解热由339J/g提高至2132J/g。(3)NGO/RDX纳米复合材料的制备与表征。采用溶剂-反溶剂法制备了不同质量比的NGO/RDX纳米复合含能材料。采用多功能X射线衍射仪(XRD)和SEM分别对NGO/RDX纳米复合含能材料进行了结构和形貌表征,采用TG-DSC和TG-MS研究了NGO对RDX热分解的催化性能和机理。结果表明,NGO的加入不会导致RDX晶体结构的改变,且包覆在RDX表面。NGO对RDX展现了较好的催化效果,其中当NGO添加量为2%时,RDX的放热峰温度由246℃提前至226℃,表观分解热从761J/g提高至1651J/g。(4)NGO/HMX纳米复合材料的制备与表征。采用溶剂-反溶剂法制备了不同质量比的NGO/HMX纳米复合含能材料。采用XRD和SEM分别对NGO/HMX纳米复合含能材料进行了结构和形貌测试,采用TG-DSC和TG-MS研究了NGO对HMX热分解的催化性能和机理。结果表明,HMX颗粒附着在NGO片层上,且HMX的晶体结构不会发生改变。NGO对HMX的催化效果不明显,其中当NGO添加量为1%时,HMX的放热峰温度提前了2℃,表观分解热从1686J/g增加至1918J/g。