復合固體推進劑燃速催化劑研究進展的探析

吉志強　任曌芝　殷傳傳

摘 要：在我國航天固體推進劑領域中，催化劑的應用范圍是非常廣泛的，應用價值是非常高的。本文對復合固體推進劑燃速催化劑的研究進展進行深入研究，具有重要意義。

關鍵詞：復合固體推進劑;燃速催化劑;研究進展

1 引言

在我國航天固體推進劑領域中，催化劑的應用價值是非常高、非常廣泛的，包括催化燃燒速度、推進劑固化催化等。其中，推進劑燃燒性能主要包含燃速壓強指數和燃速性能。一般情況下，為使固體火箭發動機推進劑的性能要求得以滿足，推進劑的壓強指數不應過高，燃速范圍應比較寬。如果推進劑中沒有加入催化劑，則其壓強指數便會比較高，燃速比較低。所以，當前專業研究人員亟待解決的一大難題就是要對新型高效的燃速催化劑不斷進行深入研究，對推進劑的燃速范圍不斷進行拓寬，對壓強指數不斷進行降低。

2 復合固體推進劑燃速催化劑的研究進展

2.1 第一發展階段

第一發展階段，就是指在1990年之前。在該段發展時期中，經常會運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粘合劑的推進劑內添加過渡金屬氟化物，不但能夠對壓強指數進行有效降低，而且能夠對燃速進行有效提高。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，發生熱分解現象，所以CTPB推進劑、HTPB推進劑、PBAA推進劑產生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能夠對燃速效果進行顯著提高。第三，二茂鐵及其衍生物。卡托辛屬于一種優良的燃速催化劑，能夠對壓強指數進行有效降低，對燃速進行有效提高。將2%的卡托辛加入到丁羥推進劑中，能夠有效提高推進劑燃速，GC和卡托辛進行有效組合后，能夠對0.354的壓強指數進行進一步的降低。第四，燃速抑制劑。一些復合固體推進劑內，如果含有AP氧化劑，凡是化合物能夠對AP的分解起到一定抑制作用，則便能夠對推進劑的燃速起到一定的降低作用。與此同時，很多燃速抑制劑均能夠對壓強指數進行有效降低。將少量CaCO3加入到聚氨酯推進劑內，所獲取的壓強指數和燃速都是比較低的。將1% LiF加入聚氨酯推進劑中，在2.03-8.1MPa壓強范圍中，能夠獲取平臺效應。

2.2 第二發展階段

自1990年以來，我國不斷出現新材料、新技術，同時推進劑技術也在不斷發展，繼而產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。日本進行通過運用TH2對固體推進劑燃速進行提高的研究。研究結果表明，在固體推進劑中加入TH2催化劑，能夠有效提高推進劑的燃速，降低壓強指數。第二，含硼化合物。針對含硼化合物，由于其能夠對HMX的熱分解起到一定的促進作用，同時能夠對推進劑的燃速進行有效提高，所以英國在推進劑中添加適量的B10H30，能夠有效提高推進劑的燃速，使其高達100mm/s。第三，TMO組合催化劑。通過對AP /A L/HTPB復合推進劑在加入TMO催化劑及其相同質量比的8種組合催化劑后燃燒性能受到的影響進行深入研究后，不難發現，推進劑的燃速在TMO組合催化劑作用下，能夠產生3種效應，即負協同效應、無協同效應、正協同效應，其中能夠獲取最佳的燃速效果提高作用，就是正協同效應的TMO組合催化劑。

2.3 第三發展階段

自1990年以來，我國便越來越重視納米催化劑的研究。因為納米催化劑的催化活性是非常高的，所以當前國內外的一大研究熱點，就是選用納米催化劑，以替代固體推進劑中普通催化劑。尤其是指2000年以來，關于納米催化劑的研究和應用變得更為廣泛。

2.4 第四發展階段

迄今為止，關于復合燃速催化劑、納米燃速催化劑的研究還是比較多的。實際上，復合燃速催化劑、納米燃速催化劑均存在各自的缺點，假如能夠有效結合這兩種催化劑的優點，研發出納米級復合燃速催化劑，便能夠對催化活性進行有效提高，同時這也是燃速催化劑的一大發展趨勢。針對納米復合燃速催化劑的運用，其一大重要技術就是要對納米粒子之間的團聚問題、納米粒子在推進劑中的均勻分散問題進行有效解決。

3 燃速催化劑發展方向

從高能角度來說，固體推進劑應最大程度對自身能力水平不斷進行提高。目前，國內外已對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展的一大主要趨勢。例如，通過運用5-亞甲基二四唑、5-苯基四唑，制作出相應的銅、鉛、鍶鹽，然后進行探索性實驗研究，即在改性雙基推進劑配方中運用以上幾種金屬鹽的單一催化劑，研究結果表明，針對復合改性雙基推進劑，四唑類金屬鹽類能夠成為其有效的含能燃燒催化劑;針對RDX-CMD B推進劑，在其內加入6種含能羥基吡啶鉛、銅鹽，對其燃燒性能產生的影響進行深入研究，研究結果表明，在推進劑中加入含能的羥基吡啶鉛鹽，能夠對推進劑的壓強指數、催化燃燒作用進行有效提高;在固體推進劑中加入消煙劑或者非鉛催化劑，同事對鹽類用量、金屬氧化物用量、金屬粉用量進行減少，能夠對固體推進劑燃燒產生很多金屬粒子煙霧現象進行有效避免，推進劑便會具有低特征信號。

參考文獻：

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