專利名稱:一種高效的硼粒子包覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粒子包覆技術(shù)。具體地說涉及一種高效的硼粒子包覆方法。
背景技術(shù)：
由于硼具有高質(zhì)量熱值、高體積熱值、兩相流損失小、燃燒分散性好、噴管喉部沉積少、噴射效率高等優(yōu)異性能，使硼基固體燃料推進劑成為固體火箭沖壓發(fā)動機的首選燃料。但硼的熔點和沸點較高，難以熔化和汽化，實際應(yīng)用中存在點火困難，點火溫度高，點火延遲時間長等問題。因此，尋找硼粒子點火與燃燒的促進方法對于含硼推進劑以及固沖發(fā)動機的發(fā)展與應(yīng)用有著重要的意義，而硼粒子的包覆是解決上述問題的有效途徑。
目前一般的硼粒子包覆工藝為重結(jié)晶法，也叫沉積法。包覆流程如下首先選擇合適的溶劑(如水、液氨等)溶解包覆材料(如高氯酸銨、氟化鋰等)制成溶液，硼粉不能溶于該溶劑，接著加入一定量待包覆的硼粉進行攪拌形成懸濁液，最后加熱蒸出溶劑并真空干燥即得到包覆硼粒子。
使用重結(jié)晶法包覆硼粒子時，有一定的缺點包覆過程中，隨著懸濁液中的溶劑被逐漸蒸發(fā)掉，硼粒子會沉積在容器底部，剩余的溶液在上部，這時蒸發(fā)結(jié)晶出來的包覆材料很難均勻地包覆在硼粒子表面。鑒于此，本發(fā)明提出了雙溶媒法硼包覆工藝，用以克服結(jié)晶法的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種高效的硼粒子包覆方法。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是
提供一種高效的硼粒子包覆方法，是采用兩種溶媒進行包覆，其中溶媒一用于溶解包覆材料，溶媒二用于作為分散介質(zhì)；包覆材料能溶于溶媒一但不溶于溶媒二，溶媒一可溶于溶媒二，溶媒一的沸點小于溶媒二，兩種溶媒均不能溶解硼粉；
該方法具體步驟為將包覆材料放入容器中，加入溶媒一制成溶液；然后加入硼粉，最后加入溶媒二；將容器置于超聲波中進行超聲均勻混合，然后使用磁力攪拌器進行攪拌和加熱，蒸發(fā)掉兩種溶媒并真空干燥，即得到包覆后的硼粒子；
包覆材料、溶媒一和溶媒二的組配方式是下述的任意一種
組配A :包覆材料為氟化鋰,溶媒一為四氫呋喃,溶媒二為水；或
組配B :包覆材料為高氯酸鉀，溶媒一為液氨，溶媒二為正丁醚；
在包覆過程中，控制溶媒一、溶媒二、包覆材料和硼粉的相對用量，使得包覆材料能完全溶于溶媒一，同時包覆后的硼粉在溶媒二中能形成懸濁液。
本發(fā)明中，在超聲波中混合時間為10 15min，磁力攪拌器的加熱溫度為250°C，攪拌速度為200 r/min。
本發(fā)明中，所述的真空干燥是指，將所述容器置于真空干燥箱內(nèi)干燥2-3小時至完全干燥。[0014]本發(fā)明的原理
采用兩種不同特性的溶媒進行包覆，即雙溶媒法，使包覆材料更加均勻、完整地包覆在硼粒子表面，促進硼粒子的點火與燃燒。雙溶媒法的關(guān)鍵是選擇好兩種合適的溶媒。溶媒一用來溶解包覆材料制成溶液，溶媒二用來做分散介質(zhì)，使硼粉在整個包覆過程中都可以懸浮分散在溶液中，可使包覆更均勻。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是
可自由調(diào)節(jié)包覆比(包覆材料和硼粉的質(zhì)量比)，大幅提高硼粒子包覆的均勻性和完整性，有效地改善硼粒子的點火與燃燒。


圖1為簡單硼粉混合、重結(jié)晶法和雙溶劑法包覆硼的懸濁液pH隨時間的變化曲線?！?b>具體實施方式
實施例1 :使用氟化鋰(LiF)包覆硼粒子
首先選取兩種溶媒，分別為四氫呋喃(THF)和水。LiF溶于THF但不溶于水，同時THF可溶于水。稱取O.1g LiF放入燒杯，加入40mlTHF制成溶液，然后加入Ig硼粉，最后加入20ml水。將燒杯置于超聲波清洗器中超聲混合lOmin，然后使用磁力攪拌器在250°C、200r/min的條件下進行攪拌蒸發(fā)10小時左右。THF的沸點為65°C,首先被蒸發(fā)出，然后蒸發(fā)掉剩余的水，最后放入真空干燥箱，在60°C下干燥3小時即得到LiF包覆的硼粒子。
實施例2 :使用高氯酸鉀(KP)包覆硼粒子
首先選取兩種溶媒，分別為液氨和正丁醚。KP在液氨中溶解度較大但不溶于正丁醚，同時液氨與正丁醚可互溶。稱取O. 5g KP放入燒杯,加入IOOml液氨并攪拌至完全溶解，然后加入IOg硼粉，最后加入40ml正丁醚。將燒杯置于超聲波清洗器中超聲混合15min，然后使用磁力攪拌器在250°C、200r/min的條件下進行攪拌蒸發(fā)12小時左右，液氨易揮發(fā)，首先被蒸發(fā)出，然后蒸發(fā)掉剩余的正丁醚，最后放入真空干燥箱，在60°C下干燥3小時即得到KP包覆的硼粒子。
實施效果重結(jié)晶法與雙溶劑法比較
圖1為在同一條件下(超聲波混合時間、蒸發(fā)溫度、攪拌速度)分別采用重結(jié)晶法和雙溶劑法制得的LiF包覆硼以及硼粉和LiF簡單混合物的懸濁液pH隨時間的變化曲線。可以看出，圖中三種樣品的懸濁液pH—開始逐漸減小，酸性逐漸變強，說明此階段硼表面的氧化物正與水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)。隨著時間的推移，到2min左右時，pH曲線趨于平穩(wěn)，表明此時氧化膜已反應(yīng)完全，進入平衡狀態(tài)。最終，硼粉與LiF混合物、重結(jié)晶法包覆硼和雙溶劑法包覆硼的懸濁液的PH分別為6. 17,6. 64和7. 15。相比于硼粉與LiF混合物，重結(jié)晶法包覆硼的懸濁液pH有了一定的增大，從6. 17變?yōu)?. 64，增大了 7. 62%。這說明經(jīng)過重結(jié)晶法操作，可使LiF包裹在部分硼顆粒表面，一定程度上阻礙了硼表面氧化膜生成酸性物質(zhì)。但雙溶劑法包覆硼的懸濁液PH為7. 15，比重結(jié)晶法包覆硼的懸濁液pH又增加了7.68%。表明雙溶劑法的包覆效果更要優(yōu)于重結(jié)晶法，可使LiF包裹在更多的硼顆粒表面，提高了硼顆粒的包覆均勻性和完整性。
權(quán)利要求
1.一種高效的硼粒子包覆方法，其特征在于，是采用兩種溶媒進行包覆，其中溶媒一用于溶解包覆材料，溶媒二用于作為分散介質(zhì)；包覆材料能溶于溶媒一但不溶于溶媒二，溶媒一可溶于溶媒二，溶媒一的沸點小于溶媒二，兩種溶媒均不能溶解硼粉；該方法具體步驟為將包覆材料放入容器中，加入溶媒一制成溶液；然后加入硼粉，最后加入溶媒二 ；將容器置于超聲波中進行超聲均勻混合，然后使用磁力攪拌器進行攪拌和加熱，蒸發(fā)掉兩種溶媒并真空干燥，即得到包覆后的硼粒子；包覆材料、溶媒一和溶媒二的組配方式是下述的任意一種組配A :包覆材料為氟化鋰,溶媒一為四氫呋喃,溶媒二為水；或組配B :包覆材料為高氯酸鉀，溶媒一為液氨，溶媒二為正丁醚；在包覆過程中，控制溶媒一、溶媒二、包覆材料和硼粉的相對用量，使得包覆材料能完全溶于溶媒一，同時包覆后的硼粉在溶媒二中能形成懸濁液。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在超聲波中混合時間為10 15min，磁力攪拌器的加熱溫度為250°C，攪拌速度為200 r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述的真空干燥是指，將所述容器置于真空干燥箱內(nèi)干燥2 3小時至完全干燥。
專利摘要
本發(fā)明涉及粒子包覆技術(shù)，旨在提供一種高效的硼粒子包覆方法。該方法是將包覆材料放入容器中，加入溶媒一制成溶液；然后加入硼粉，最后加入溶媒二；將容器置于超聲波中進行超聲均勻混合，然后使用磁力攪拌器進行攪拌和加熱，蒸發(fā)掉兩種溶媒并真空干燥，即得到包覆后的硼粒子；本發(fā)明可自由調(diào)節(jié)包覆比(包覆材料和硼粉的質(zhì)量比)，大幅提高硼粒子包覆的均勻性和完整性，有效地改善硼粒子的點火與燃燒。
文檔編號C06D5/00GKCN103044175SQ201210527966
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日
發(fā)明者劉建忠, 周俊虎, 張彥威, 汪洋, 楊衛(wèi)娟, 王智化, 程軍, 黃鎮(zhèn)宇, 周志軍, 岑可法 申請人:浙江大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan