吉志強(qiáng)　任曌芝　殷傳傳

摘 要：在我國(guó)航天固體推進(jìn)劑領(lǐng)域中，催化劑的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，應(yīng)用價(jià)值是非常高的。本文對(duì)復(fù)合固體推進(jìn)劑燃速催化劑的研究進(jìn)展進(jìn)行深入研究，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)合固體推進(jìn)劑;燃速催化劑;研究進(jìn)展

1 引言

在我國(guó)航天固體推進(jìn)劑領(lǐng)域中，催化劑的應(yīng)用價(jià)值是非常高、非常廣泛的，包括催化燃燒速度、推進(jìn)劑固化催化等。其中，推進(jìn)劑燃燒性能主要包含燃速壓強(qiáng)指數(shù)和燃速性能。一般情況下，為使固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的性能要求得以滿足，推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)不應(yīng)過高，燃速范圍應(yīng)比較寬。如果推進(jìn)劑中沒有加入催化劑，則其壓強(qiáng)指數(shù)便會(huì)比較高，燃速比較低。所以，當(dāng)前專業(yè)研究人員亟待解決的一大難題就是要對(duì)新型高效的燃速催化劑不斷進(jìn)行深入研究，對(duì)推進(jìn)劑的燃速范圍不斷進(jìn)行拓寬，對(duì)壓強(qiáng)指數(shù)不斷進(jìn)行降低。

2 復(fù)合固體推進(jìn)劑燃速催化劑的研究進(jìn)展

2.1 第一發(fā)展階段

第一發(fā)展階段，就是指在1990年之前。在該段發(fā)展時(shí)期中，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用到的燃速催化劑有過渡金屬氟化物、過渡金屬氧化物、燃速抑制劑、二茂鐵及其衍生物等。第一，在C-H粘合劑的推進(jìn)劑內(nèi)添加過渡金屬氟化物，不但能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低，而且能夠?qū)θ妓龠M(jìn)行有效提高。第二，過渡金屬氧化物。AP在過渡金屬氧化物作用下，得以催化，發(fā)生熱分解現(xiàn)象，所以CTPB推進(jìn)劑、HTPB推進(jìn)劑、PBAA推進(jìn)劑產(chǎn)生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能夠?qū)θ妓傩ЧM(jìn)行顯著提高。第三，二茂鐵及其衍生物。卡托辛屬于一種優(yōu)良的燃速催化劑，能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低，對(duì)燃速進(jìn)行有效提高。將2%的卡托辛加入到丁羥推進(jìn)劑中，能夠有效提高推進(jìn)劑燃速，GC和卡托辛進(jìn)行有效組合后，能夠?qū)?.354的壓強(qiáng)指數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的降低。第四，燃速抑制劑。一些復(fù)合固體推進(jìn)劑內(nèi)，如果含有AP氧化劑，凡是化合物能夠?qū)P的分解起到一定抑制作用，則便能夠?qū)ν七M(jìn)劑的燃速起到一定的降低作用。與此同時(shí)，很多燃速抑制劑均能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低。將少量CaCO3加入到聚氨酯推進(jìn)劑內(nèi)，所獲取的壓強(qiáng)指數(shù)和燃速都是比較低的。將1% LiF加入聚氨酯推進(jìn)劑中，在2.03-8.1MPa壓強(qiáng)范圍中，能夠獲取平臺(tái)效應(yīng)。

2.2 第二發(fā)展階段

自1990年以來，我國(guó)不斷出現(xiàn)新材料、新技術(shù)，同時(shí)推進(jìn)劑技術(shù)也在不斷發(fā)展，繼而產(chǎn)生很多新型燃速催化劑，包括TMO組合催化劑、含硼化合物、粘合劑型催化劑等。第一，TH2催化劑。日本進(jìn)行通過運(yùn)用TH2對(duì)固體推進(jìn)劑燃速進(jìn)行提高的研究。研究結(jié)果表明，在固體推進(jìn)劑中加入TH2催化劑，能夠有效提高推進(jìn)劑的燃速，降低壓強(qiáng)指數(shù)。第二，含硼化合物。針對(duì)含硼化合物，由于其能夠?qū)MX的熱分解起到一定的促進(jìn)作用，同時(shí)能夠?qū)ν七M(jìn)劑的燃速進(jìn)行有效提高，所以英國(guó)在推進(jìn)劑中添加適量的B10H30，能夠有效提高推進(jìn)劑的燃速，使其高達(dá)100mm/s。第三，TMO組合催化劑。通過對(duì)AP /A L/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑在加入TMO催化劑及其相同質(zhì)量比的8種組合催化劑后燃燒性能受到的影響進(jìn)行深入研究后，不難發(fā)現(xiàn)，推進(jìn)劑的燃速在TMO組合催化劑作用下，能夠產(chǎn)生3種效應(yīng)，即負(fù)協(xié)同效應(yīng)、無協(xié)同效應(yīng)、正協(xié)同效應(yīng)，其中能夠獲取最佳的燃速效果提高作用，就是正協(xié)同效應(yīng)的TMO組合催化劑。

2.3 第三發(fā)展階段

自1990年以來，我國(guó)便越來越重視納米催化劑的研究。因?yàn)榧{米催化劑的催化活性是非常高的，所以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一大研究熱點(diǎn)，就是選用納米催化劑，以替代固體推進(jìn)劑中普通催化劑。尤其是指2000年以來，關(guān)于納米催化劑的研究和應(yīng)用變得更為廣泛。

2.4 第四發(fā)展階段

迄今為止，關(guān)于復(fù)合燃速催化劑、納米燃速催化劑的研究還是比較多的。實(shí)際上，復(fù)合燃速催化劑、納米燃速催化劑均存在各自的缺點(diǎn)，假如能夠有效結(jié)合這兩種催化劑的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)出納米級(jí)復(fù)合燃速催化劑，便能夠?qū)Υ呋钚赃M(jìn)行有效提高，同時(shí)這也是燃速催化劑的一大發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)納米復(fù)合燃速催化劑的運(yùn)用，其一大重要技術(shù)就是要對(duì)納米粒子之間的團(tuán)聚問題、納米粒子在推進(jìn)劑中的均勻分散問題進(jìn)行有效解決。

3 燃速催化劑發(fā)展方向

從高能角度來說，固體推進(jìn)劑應(yīng)最大程度對(duì)自身能力水平不斷進(jìn)行提高。目前，國(guó)內(nèi)外已對(duì)含能催化劑的研究給予高度重視，因此這也是燃速催化劑未來發(fā)展的一大主要趨勢(shì)。例如，通過運(yùn)用5-亞甲基二四唑、5-苯基四唑，制作出相應(yīng)的銅、鉛、鍶鹽，然后進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)研究，即在改性雙基推進(jìn)劑配方中運(yùn)用以上幾種金屬鹽的單一催化劑，研究結(jié)果表明，針對(duì)復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑，四唑類金屬鹽類能夠成為其有效的含能燃燒催化劑;針對(duì)RDX-CMD B推進(jìn)劑，在其內(nèi)加入6種含能羥基吡啶鉛、銅鹽，對(duì)其燃燒性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入研究，研究結(jié)果表明，在推進(jìn)劑中加入含能的羥基吡啶鉛鹽，能夠?qū)ν七M(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)、催化燃燒作用進(jìn)行有效提高;在固體推進(jìn)劑中加入消煙劑或者非鉛催化劑，同事對(duì)鹽類用量、金屬氧化物用量、金屬粉用量進(jìn)行減少，能夠?qū)腆w推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生很多金屬粒子煙霧現(xiàn)象進(jìn)行有效避免，推進(jìn)劑便會(huì)具有低特征信號(hào)。

參考文獻(xiàn)：

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