《納米金屬粉在固體推進劑中的應用》面向國防科技和武器裝備對固體推進劑的實際應用需求,系統(tǒng)全面地介紹了納米金屬粉在固體推進劑中的應用研究進展,包括納米金屬粉的制備、鈍化和包覆以及其與推進劑組分的相互作用;此外,還闡述了納米金屬粉對于雙基推進劑和復合推進劑性能的影響。分析了其作用機理。
《納米金屬粉在固體推進劑中的應用》可為從事固體推進劑研發(fā)的專業(yè)技術人員提供有益的借鑒,也可作為高等院校相關專業(yè)教師和研究生的教學參考書。
固體火箭發(fā)動機具有結構簡單、維護方便、可靠性高和儲存期長等一系列優(yōu)點,是導彈武器和運載火箭不可或缺的動力裝置。作為固體火箭發(fā)動機的動力源,固體推進劑利用燃燒反應釋放出的能量推動導彈和運載火箭的飛行,直接影響著導彈和火箭的射程、運載能力、生存能力。基于導彈武器和運載火箭長射程、小型化、大運載等要求,固體推進劑必須向提高能量密度、改善綜合性能的方向發(fā)展。高能固體推進劑已成為高性能導彈武器和運載火箭系統(tǒng)研制的重要技術支撐。
鋁(Al)、鎂(Mg)和硼(B)等燃燒過程中能釋放出大量的能量,是高能固體推進劑必不可少的能量組分。但常規(guī)金屬燃料存在釋能效率偏低、燃燒性能差等問題。納米金屬粉是一種亞穩(wěn)態(tài)材料,其物理和化學性質較為特殊。與常規(guī)的金屬粉體相比,納米金屬粉的比表面積更大、活性更高,在固體推進劑、炸藥、煙火劑等含能材料中有著重要的應用價值。納米鋁粉的點火性能和燃燒性能均優(yōu)于常規(guī)鋁粉,其作為燃料可提高推進劑的燃燒效率,改善推進劑的實測能量性能。納米鎳粉、納米銅粉等過渡金屬的納米顆粒表面存在大量的活性位點,具有較高的催化活性,可在固體推進劑的燃燒催化和燃燒性能調節(jié)中扮演重要角色。本書主要針對納米鋁粉、納米鎳粉、納米銅粉等納米金屬粉的制備、預處理、與含能組分的相互作用及在雙基系和復合推進劑中的應用研究進展進行系統(tǒng)介紹,可為相關領域的科研人員提供有益的參考。
本書共分7章。第1章主要介紹了納米金屬粉的基本概念和基本特性,并簡要敘述了納米金屬粉在推進劑、炸藥和鋁熱劑中的應用概況:第2章介紹了納米金屬粉的制備技術,包括氣相法制備、機械化學法制備以及化學法制備;第3章主要闡述了納米金屬粉的鈍化過程和機理,并介紹了碳包覆、金屬包覆、含能組分包覆以及有機酸包覆等不同納米金屬粉的包覆處理手段:第4章討論了納米金屬粉與硝化棉、黑索今、奧克托今、高氯酸銨、二硝酰胺銨以及GAP等推進劑主要組分間的相互作用;第5章介紹了納米金屬粉在雙基推進劑中的應用,討論了其對雙基推進劑工藝性能、燃燒性能、能量性能和力學性能的影響;第6章則針對納米金屬粉在改性雙基推進劑中的應用展開系統(tǒng)討論,介紹了納米金屬粉對改性雙基推進劑工藝性能、能量性能、燃燒性能和力學性能的影響,闡述了納米鎳粉對推進劑燃燒的作用機理,并給出了納米金屬粉在改性雙基推進劑中的工程化應用結果:第7章介紹了納米金屬粉在復合推進劑中的應用,論述了其對復合推進劑點火、燃燒性能的影響。
本書第1章和第4章由趙鳳起撰寫,第2章由楊燕京撰寫,第3章和第7章由秦釗撰寫,第5章和第6章由袁志鋒和楊燕京撰寫,張建侃和張明也參與了部分章節(jié)的撰寫及整理工作,全書由趙鳳起和楊燕京統(tǒng)稿和審校。
本書的出版得到了各方面的支持以及悉心幫助。值此書出版之際,作者在此特別感謝國防科工局專項項目的資助,感謝意大利米蘭理工大學Luigi Deluca教授(退休)為本書作序,同時感謝國防科工局張濱剛副司長、高綠化處長對本書出版的大力支持,感謝青年千人計劃專家西北工業(yè)大學嚴啟龍教授和復旦大學郭艷輝教授對本書的寶貴意見。作者還要感謝“國防科技圖書出版基金”評審專家委員會對本書熱心的指導和寶貴的建議。此外,我們也要感謝國防工業(yè)出版社編輯,為本書出版付出的辛勤勞動。燃燒與爆炸技術國家級重點實驗室的高紅旭、儀建華、徐司雨、羅陽、軒春雷等研究員以及姚二崗、李鑫、安亭和郝寧等副研究員在本書相關科研工作的開展以及本書的撰寫和整理過程中也給予了支持與幫助,在此也表示衷心感謝。
由于作者水平有限,本書不免有疏漏和錯誤之處,懇請讀者不吝指正。
第1章 緒論
1.1 概述
1.2 納米金屬粉的性能
1.2.1 物理性能
1.2.2 化學性能
1.3 納米金屬粉應用的特殊性
1.3.1 納米金屬粉的低溫燒結特性
1.3.2 納米金屬粉的團聚及分形結構
1.3.3 納米金屬粉的易燃危險性
1.4 納米金屬粉的粒度、氧化層以及活性評價方法
1.4.1 納米金屬粉粒度和氧化層表征
1.4.2 納米金屬鋁的活性評價方法
1.5 納米金屬粉的應用研究新進展
1.5.1 納米金屬粉在推進劑中的應用
1.5.2 納米金屬粉在炸藥中的應用
1.5.3 納米金屬粉在鋁熱劑中的應用
1.5.4 納米金屬粉在推進劑中應用的發(fā)展方向
參考文獻
第2章 納米金屬粉的制備
2.1 引言
2.2 納米金屬粉的氣相法制備
2.2.1 納米鋁粉的電爆炸法制備
2.2.2 其他納米金屬粉的電爆炸法制備
2.2.3 其他氣相制備方法
2.3 納米金屬粉的機械化學法制備
2.4 納米金屬粉的化學法制備
2.4.1 納米鋁粉的液相化學法制備
2.4.2 納米鋁粉的固相化學法制備
2.4.3 其他納米金屬粉的化學法制備
參考文獻
第3章 納米金屬粉的鈍化與包覆
3.1 引言
3.2 納米鋁粉的鈍化
3.2.1 納米鋁粉的鈍化過程
3.2.2 納米鋁粉的鈍化機理
3.3 納米鋁粉的包覆
3.3.1 碳包覆
3.3.2 金屬包覆
3.3.3 氧化物包覆
3.3.4 聚合物包覆
3.3.5 含能組分包覆
3.3.6 有機酸包覆
3.3.7 其他材料改性包覆納米鋁粉
參考文獻
……
第4章 納米金屬粉與推進劑主要組分的相互作用
第5章 納米金屬粉在雙基推進劑中的應用
第6章 納米金屬粉在改性雙基推進劑中的應用
第7章 納米金屬粉在復合推進劑中的應用