静电喷雾制备硼复合纳米微球(3)

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毕业论文关键词：硼复合粒子静电喷雾法硝化棉含量

Abstract

Title： Preparation of boron composite nanoparticles by electrostatic spraying

Using electrostatic spray method preparation of boron composite particles, the influence of preparation conditions, found in the voltage of 18kV, nozzle and aluminum foil distance of 10 cm, spray flow rate in the 3ml/min-1 can be of good boron composite particles. In order to explore the preparation of electrostatic spray, different content of nitrate of cotton on the boron composite particles morphology, thermal and chemical reaction mechanism and the ignition performance. In this paper, the use of scanning electron microscopy (SEM), closed bomb test and thermogravimetric / differential thermal (TG) test are analyzed, the results found that adding nitrocellulose can significantly reduce the main reaction reaction temperature, 3% nitrocellulose boron complex Particle best microsphere morphology, nitrocellulose not only adhesive function, but also participates in the reaction, a small amount of nitrocellulose (3% - 5%) can reduce the ignition time, improving explosion performance. Considering that nitrocellulose 3% is the optimum adding amount.

Keywords: boron particles content of NC electrostatic spraying method

目录 1

摘要 2

Abstract 3

1.绪论 4

2. 硼复合粒子的制备和表征 7

2.1 实验 7

2.1.1 实验试剂与仪器 7

2.1.2 实验流程图 8

2.1.3 实验步骤 8

2.4 本章小结 13

3. 硼复合粒子热化学反应性能测试（热重分析和差热分析TG/DSC测试） 14

3.1 实验步骤 14

3.2 含硝化棉的硼复合粒子的热化学反应历程 14

3.3 不含硝化棉的硼复合粒子的热化学反应历程 15

3.4 不同含量硝化棉的硼复合粒子的热化学差异 16

本章小结 18

4. 硼复合粒子的点火性能测试（密闭爆发器实验） 19

4.1 实验步骤 19

4.2 实验结果与分析 21

4.3 本章小结 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1.绪论

1.1 引言

硼是一种高能材料，它的燃烧热达到58MJ·kg-1，明显大于推进剂中常用的含能材料金属铝（31.1MJ·kg-1）、镁（24.7MJ·kg-1）的燃烧热，而且硼的相对分子质量小，有较大的能量密度（136.38KJ·cm-3），是高能推进剂中理想的填充燃料。可是，研究者发现，硼在推进剂燃烧过程中并不可完全体现出其高能量密度的优势，影响硼在推进剂中燃烧的原因有很多，大致有三点，第一是硼发火困难，单质硼的熔沸点较高，氧化硼的沸点也较高，这使得硼的完全燃烧温度必须达到2000℃以上才行，升温所需的时间会极大的影响燃烧的速率，而且与此同时，反应过程中要伴随着氧化硼氧化层的蒸发，这也提高了硼燃烧的难度，第二是硼的反应不充分,生成的固体熔渣多，难以充分表现出高热值的优点。且研究者对其燃烧反应的机理认识还比较浅显，缺乏有效的途径来提高其燃烧效率，导致推进剂最后比冲不高，第三是由于氧化硼氧化层的影响，硼难以和推进剂整体相契合，最终导致硼对推进剂的能量体系的作用十分有限。[1,2,3]研究表明，对硼的表面包覆能有效防止硼粒子表面被缓慢氧化，而使用超细手段能通过减小燃料粒径，改变微观结构，大幅度改善硼的燃烧性能，提高硼的能量利用率。静电喷雾法是近年来发展火热的方法，可以对材料进行均匀造粒，它通过一个多孔的内部结构把纳米微粒聚集成为微米级颗粒，从而将材料复合在一起。实际过程是对喷嘴尖端流出的液体加上定量电压，液体因受电压影响，发生偶极化，在电压和重力，表面张力的作用下，分裂为离子或雾滴，并在打到铝箔的过程中溶剂挥发，从而得到粒度均匀的颗粒。因为存在电场的参与，电喷拥有很多优于一般雾化法的特点，比如说可控性好，粒度均匀等等。而硼复合纳米微球制备的核心便是要可控性的制备出大小在微米级以下，粒度均匀的，可以自由包覆的硼复合粒子。而电喷理论上可以使制备的硼复合材料既具有小粒径的特点，又具有包覆的效果，完美的符合硼复合粒子的制备要求。本毕设预计将采用使用硝化棉作为黏合剂，使用静电喷雾法将硼与KNO3进行复合，采用扫描电镜观察生成物的表面结构，并采用热重/差热分析（TG/DSC），扫描电镜(SEM),密闭爆发器实验等测试手段对硼复合纳米微球进行了分析。