纳米催化-降感耦合作用下超细高氯酸铵的热分解特性研究

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超细高氯酸铵(AP)应用在推进剂中可以显著提高推进剂的燃速,但也会导致感度增加,降低其安全性。将超细AP与纳米燃烧催化剂和纳米降感剂复合可以加速超细AP的热分解,提高推进剂的燃速,又可以降低超细AP的感度。但是,纳米燃烧催化剂和纳米降感剂同时对超细AP的催化与降感研究尚不明确,无法为AP的催化热分解和降低感度提供科学指导。本文通过将纳米燃烧催化剂和纳米降感剂与超细AP进行复合,来研究其对超细AP的催化与降感作用,具体的研究内容如下:首先,采用气流粉碎法制备了超细AP和使用机械研磨法制备了最常用的纳米燃烧催化剂和纳米降感剂,即纳米亚铬酸铜(Cu Cr2O4)和纳米三氨基三硝基苯(TATB)。所制备的超细AP(1~5μm)、纳米Cu Cr2O4(50 nm)和纳米TATB(80 nm),其粒径分布均匀、分散性良好,且晶型不发生改变。与原料AP相比,超细AP的高温分解峰温(TH)更低,但是撞击感度有所增加。其次,研究了在不同复合方式和复合时间下,纳米燃烧催化剂或纳米降感剂单一因素对超细AP的催化或降感效果。相比于超声分散法,机械球磨法可以使纳米Cu Cr2O4或纳米TATB更好的分散在超细AP上,使超细AP的TH提前更多或使超细AP的撞击感度降低更多。在机械球磨法的作用下,随着球磨时间的增加:(1)添加纳米Cu Cr2O4后,超细AP的TH整体呈现先降低后波动的趋势;在球磨6~12 h时,超细AP的TH和吉布斯自由能(DG~1)降幅最大,分别降低了78.1℃和25.16 k J/mol,表现出最好的催化效果;同时,添加纳米Cu Cr2O4对超细AP的撞击感度的降低具有一定作用,这主要是纳米Cu Cr2O4分散在超细AP上起到阻隔能量传递的作用。(2)添加纳米TATB后,超细AP的撞击感度大幅下降,其整体变化趋势不大;在球磨6~12 h时,超细AP的撞击感度最低,降低了74.6%,表现出最好的降感效果;同时,添加纳米TATB对超细AP的TH的降低具有一定的作用,这主要是纳米TATB和超细AP的热分解的叠加作用。最后,研究了在不同复合方式和复合时间下,纳米燃烧催化剂和纳米降感剂双因素对超细AP的催化与降感效果。相比于超声分散法,机械球磨法可以使纳米Cu Cr2O4和纳米TATB更好的分散在超细AP上,使超细AP的TH提前更多,同时使超细AP的撞击感度降低更多。在机械球磨法的作用下,随着球磨时间的增加,添加纳米Cu Cr2O4和纳米TATB后,超细AP的TH和撞击感度呈现出先降低后波动的趋势;在球磨6~12 h时,超细AP的TH、DG~1和撞击感度降幅最大,分别降低了77.1℃、25.69 k J/mol和73.2%,表明纳米Cu Cr2O4和纳米TATB在超细AP中表现出催化和降感的耦合作用。
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