本發(fā)明涉及火箭燃料，尤其是涉及一種金屬燃料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、金屬燃料因其高能量密度、低成本和低碳排放的優(yōu)點(diǎn)，在航天動(dòng)力領(lǐng)域被廣泛用作各類推進(jìn)劑的高能燃料，以提高推進(jìn)劑的能量水平和比沖。然而，金屬顆粒燃燒緩慢且不完全，阻礙了它們更充分的能量釋放，也限制了它們?cè)谕七M(jìn)劑中的進(jìn)一步應(yīng)用。金屬顆粒如硼(b)、鋁(al)，表面存在天然氧化殼，不利于氧的擴(kuò)散，導(dǎo)致金屬顆粒具有較高的點(diǎn)火閾值。

2、相關(guān)研究表明，氟化氧化劑與微米級(jí)al、b顆粒進(jìn)行復(fù)配改性，可以有效改善上述問題。聚四氟乙烯(ptfe)是目前研究最多的氟化氧化劑，其粉末通常具有較大的粒徑(d>200μm)。然而，球形鋁與塊狀ptfe混合的尺度比較粗，大部分燃料的表面只是間接接觸到ptfe顆粒。這可能會(huì)導(dǎo)致成分分離，混合均勻性降低，致使al/ptfe混合粉末在燃料配方中的實(shí)際作用效果有限。考慮到ptfe的中間體/分解產(chǎn)物的氣體性質(zhì)，在較低的加熱速率下，它可能在未與燃料粉末充分反應(yīng)的情況下，就已經(jīng)從系統(tǒng)中逸出。金屬顆粒與聚合物之間的不相容性導(dǎo)致金屬/氟化氧化劑所組成的復(fù)合材料燃燒性能相對(duì)較差。

3、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬燃料，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。所述金屬燃料的組分包括：氟化碳納米管和金屬顆粒。本發(fā)明提供的金屬燃料，其中的金屬和氟化碳納米管相容性強(qiáng)、點(diǎn)火和燃燒性能優(yōu)越。

2、本發(fā)明的目的之二在于一種金屬燃料的制備方法。所述金屬燃料的制備方法包括以下步驟：將配方量的氟化碳納米管和金屬顆?；旌?，制備得到金屬燃料。該制備方法操作簡(jiǎn)單、混合均勻性高。

3、本發(fā)明的目的之三在于一種金屬燃料在火箭推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

4、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

5、第一方面，本發(fā)明提供一種金屬燃料，所述金屬燃料的組分包括：氟化碳納米管和金屬顆粒。

6、進(jìn)一步的，所述金屬燃料的組分按重量百分比計(jì)包括：氟化碳納米管1％-60％和余量的金屬顆粒；

7、其中，金屬顆粒包括鋁顆?；蚺痤w粒。

8、進(jìn)一步的，所述鋁顆粒的粒徑為0.1-100μm。

9、進(jìn)一步的，所述硼顆粒的粒徑為0.1-100μm。

10、進(jìn)一步的，所述氟化碳納米管的管徑為1-100nm。

11、進(jìn)一步的，所述氟化碳納米管的管長(zhǎng)為0.1-100μm。

12、第二方面，本發(fā)明提供一種所述的金屬燃料的制備方法，所述金屬燃料的制備方法包括以下步驟：

13、將配方量的氟化碳納米管和金屬顆?；旌?，制備得到金屬燃料。

14、進(jìn)一步的，采用旋渦混勻儀將氟化碳納米管和金屬顆粒進(jìn)行混合。

15、進(jìn)一步的，所述混合的時(shí)間為至少為8h；

16、優(yōu)選地，所述混合過(guò)程中的轉(zhuǎn)速至少為2000rpm。

17、第三方面，本發(fā)明提供一種所述的金屬燃料在火箭推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

18、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明提供的金屬燃料是一種高能金屬燃料，金屬燃料中的組分氟化碳納米管(fcnt)相較于金屬氟化物等現(xiàn)有氟化改性劑的優(yōu)勢(shì)在于：其具有更高的長(zhǎng)度直徑比、更優(yōu)異的拉伸模量和強(qiáng)度，能夠形成有效的納米級(jí)加固網(wǎng)絡(luò)，使其在金屬顆粒中更容易分散和吸附，從而提高了其在復(fù)合材料中的增強(qiáng)效果，本發(fā)明提供的金屬燃料中的金屬和氟化碳納米管相容性強(qiáng)、點(diǎn)火和燃燒性能優(yōu)越。

技術(shù)特征：

1.一種金屬燃料，其特征在于，所述金屬燃料的組分包括：氟化碳納米管和金屬顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬燃料，其特征在于，所述金屬燃料的組分按重量百分比計(jì)包括：氟化碳納米管1％-60％和余量的金屬顆粒；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬燃料，其特征在于，所述鋁顆粒的粒徑為0.1-100μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬燃料，其特征在于，所述硼顆粒的粒徑為0.1-100μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬燃料，其特征在于，所述氟化碳納米管的管徑為1-100nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬燃料，其特征在于，所述氟化碳納米管的管長(zhǎng)為0.1-100μm。

7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的金屬燃料的制備方法，其特征在于，所述金屬燃料的制備方法包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬燃料的制備方法，其特征在于，采用旋渦混勻儀將氟化碳納米管和金屬顆粒進(jìn)行混合。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬燃料的制備方法，其特征在于，所述混合的時(shí)間至少為8h；

10.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的金屬燃料在火箭推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種金屬燃料及其制備方法和應(yīng)用，涉及火箭燃料的技術(shù)領(lǐng)域，所述金屬燃料的組分包括：氟化碳納米管和金屬顆粒。本發(fā)明提供的金屬燃料，不僅能使金屬燃料極大改良混合均勻性、大幅度縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間、顯著降低凝相燃燒產(chǎn)物團(tuán)聚尺寸，而且制備方法簡(jiǎn)單，有助于提升高能金屬燃料在含金屬推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒性能。

技術(shù)研發(fā)人員：姜岳,張思懿,楊立軍,李敬軒,許敦輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30