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固體推進劑中添加金屬燃料是高能富燃料推進劑當前的一個重要發(fā)展方向,可用作推進劑金屬燃燒劑的主要有熱值較高的硼、鎂、鋁等。相比之下,由于硼具有較高的質量和體積熱值等一系列優(yōu)良的物理化學特性,尤其在質量和體積受限的**系統(tǒng)中,其成為首選金屬燃料。
德國MBB公司從1973年開始研制含硼推進劑,其配方基本組成為:AP25%~28%,B10%~45%,Mg/Al6%~8%, 黏合劑20%~30%,燃速12mm/s~14mm/s,壓力指數(shù)0.1~0.3,熱值可達到 34MJ/kg,純硼密度1.7g/cm3 ,燃燒效率大于80%。研究發(fā)現(xiàn)[19] ,配方中硼粒子尺寸不應大于3μm,燃氣溫度應大于2000K,使用易燃金屬Mg/Al添加劑有助于去除B2O3的氧化物,選擇合適的硼結塊尺寸可使含硼富燃料推進劑獲得較高的壓力指數(shù)。
鎂熱還原法是目前最常用的也是最具規(guī)模生產屋頂型元素硼粉的方法。蓋·呂薩克及捷納爾在1808年首次用鉀還原硼酐制得了游離子狀態(tài)的硼。1892年麻斯山研究鎂熱還原法制備元素硼。
鎂熱還原法值得無定形元素硼粉的反應原理:
用鹽酸去除MgO及未反應的鎂,既得到棕色的無定形硼粉。
鎂熱還原法優(yōu)點很明顯;生產流程簡單,反應迅速,生產過程時間短,易于操作;看反應是自熱過程,經引發(fā)后不需補充能量,節(jié)約能源;合成溫度高,可以揮發(fā)大多數(shù)雜質得到高純度硼粉;由于反應在密封系統(tǒng)中進行,對環(huán)境污染??;適合于生產工業(yè)化。但此工藝還有一定的缺陷:用鎂熱還原法生產硼粉在純度為85%~90%之間,想得到高純度硼粉還需二次還原,提高了生產成本。而且生產過程中會形成大量廢液,如不加以回收利用不僅對環(huán)境造成極大污染,也是一種資源的浪費。