一种改性氮化碳降速剂及在固体推进剂中的应用

本发明属于固体推进剂应用领域，涉及一种改性氮化碳降速剂及在固体推进剂中的应用。

背景技术：

1、固体推进剂是固体火箭发动机的动力源用材料，在导弹和航天技术发展中起着重要的作用，通常可分为双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂和nepe推进剂。随着武器装备向小型化、智能化、远程打击、精准制导等方向发展，火箭续航级发动机、导弹及空间飞行器的姿轨控发动机、燃气发生器、炮射火箭增程发动机等武器装备的战术与技术指标愈加严苛，对高能量低燃速推进剂(高压下小推力、长续航和不降低比冲)的需求愈来愈多。

2、目前常见降低推进剂燃速的方式主要从分解吸热降低体系能量和抑制推进剂重要组分的燃烧反应等方面入手。在应用最广泛的htpb/ap/al(端羟基聚丁二烯/高氯酸铵/铝粉)复合固体推进剂中，主要通过抑制ap热分解降低燃速，其中草酸铵((nh4)2c2o4)具有作用效果好、用量少等优点，降速效果最明显(史良伟，吴亚明，吕龙.htpb推进剂用季铵盐高效降速剂研究[j].固体火箭技术,2023,46(6):842-847.)。在双基系固体推进剂中，主要通过熔融或分解吸热影响推进剂中含能组分的起始分解温度，从而改变推进剂的燃速和压强指数，添加的降速剂主要有共聚甲醛(pom)、蔗糖八醋酸酯(soa)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)等(陈永，赵凤起，李辉，等.固体推进剂降速剂研究现状及发展趋势[j].火炸药学报，2021，44(5):567-577.)；若含有ap还可以通过添加尿素、三聚氰胺、氟化锂、季铵盐等降速剂通过抑制氧化物高氯酸胺(ap)的热分解进而降低燃速(张国辉，赵凤起，徐司雨，等.实现双基系推进剂低燃速的调控技术研究进展[j].兵器装备工程学报，2021，42(12):16-22.)；但是在含有大量高能固体材料的改性双基推进剂中，这些降速剂由于自身不含有能量会显著降低体系能量和比冲，同时降速剂的加入量和降速效果均会受到限制(杨立波，周瑞.复合降速剂对低燃速推进剂燃烧性能的影响[j].火炸药学报，2013，36(6):70-73.)，同时对推进剂的力学性能也会产生负面影响。

3、石墨氮化碳(g-c3n4)作为一种新型的典型高氮聚合物，具有类似于石墨烯的平面二维片状结构，可通过对氨氰、尿素、硫脲、三聚氰胺和双氰胺等富氮前驱体经煅烧得到，制备工艺流程短且简单，合成产率高，成本低廉(ma d,etal.research development ongraphitic carbon nitride and enhanced catalytic activity on ammoniumperchlorate[j].rsc advances,2021,11,5729.)，在常温常压下有着良好的化学稳定性和热稳定性(热分解温度为～650℃)。此外g-c3n4作为一种高氮材料，其氮含量高达60.9％，在纯氧条件下会燃烧释放出大量能量，是一种优异的复合固体推进剂用燃速催化剂。

4、因此，研究出一种能在降低推进剂燃速的同时保持甚至提高推进剂能量和比冲的降速剂具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有固体推进剂中降速剂在常温常压下稳定性差，降速效果差，不利于推进剂力学性能的技术问题，本发明提供一种改性氮化碳降速剂及在固体推进剂中的应用。

2、本发明将煅烧后的三聚氰胺与含氟前驱体混合，经高温淬火处理、球磨后得到改性石墨氮化碳，在常温常压下稳定性好，在纯氧条件下燃烧又能释放大量能量；改性氮化碳作为降速剂用于固体推进剂中时，在降低推进剂燃速和压强指数的同时，有助于保持甚至提高推进剂能量和比冲，同时能够改善推进剂的力学性能。

3、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

4、一种改性氮化碳降速剂及在固体推进剂中的应用

5、进一步限定，所述改性氮化碳降速剂的质量为双基系固体推进剂总质量的0.4％～1.2％；所述双基系固体推进剂的燃速为6.96mm/s～9.16mm/s；所述双基系固体推进剂的压强指数为0.03～0.07。

6、一种改性氮化碳降速剂在丁羟固体推进剂中的应用。

7、进一步限定，所述改性氮化碳降速剂的质量为丁羟固体推进剂总质量的0.5％；所述丁羟固体推进剂的压力指数为0.29。

8、如所述的改性氮化碳降速剂的制备方法是：

9、s1、将三聚氰胺直接煅烧得到石墨氮化碳粉末a；

10、s2、将步骤s1得到粉末a与含氟前驱体按照质量比100:(1～9)混合，并依次经烘干、高温淬火处理、球磨得到改性氮化碳降速剂。

11、进一步限定，所述步骤s1中煅烧的条件为：温度550℃、煅烧时间4h、升温速率5.0℃·min-1。

12、进一步限定，所述步骤s2中含氟前驱体为聚偏二氟乙烯、全氟聚醚或聚四氟乙烯。

13、进一步限定，所述高温淬火处理条件为：温度300℃～550℃、时间2h～4h、升温速率2.5℃·min-1～10.0℃·min-1。

14、进一步限定，所述目标样品的粒径为1μm～2μm。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明将氮化碳进一步与含氟前驱体混合后淬火处理得到改性氮化碳，在常温常压下稳定性好，在纯氧条件下燃烧又能释放大量能量；改性氮化碳作为降速剂用于固体推进剂中时，在降低推进剂燃速和压强指数的同时，有助于保持甚至提高推进剂能量和比冲。

17、2、本发明提供的改性氮化碳其合成路径简单、产量大，与多种推进剂组分相容性良好，可以有效降低对推进剂固化的影响，同时能够改善固体推进剂的力学性能，在各种双基系固体推进剂以及丁羟固体推进剂中具有广泛应用前景。

18、3、本发明采用三聚氰胺，原料来源广泛，价格低廉；将三聚氰胺煅烧后所得粉末与含氟前驱体混合通过高温淬火处理制成碳材料，能极大地降低降速剂的成本，减少固体推进剂成本。

19、4、本发明制备的改性氮化碳降速剂产品代替固体推进剂中常用的炭黑，在其他组分含量不变的条件下，对多种双基系固体推进剂的降速效果显著；在6mpa下双基系固体推进剂的燃速为6.96mm/s～9.16mm/s，压强指数为0.03～0.07，因此，在低压低燃速的缓燃固体推进剂中具有较大的应用潜力。

20、5、本发明制备的改性氮化碳作为降速剂能代替丁羟固体推进剂中常用的草酸铵降速剂，能够显著提高推进剂密度，改善推进剂的力学性能。

技术特征：

1.一种改性氮化碳降速剂在双基系固体推进剂中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述改性氮化碳降速剂的质量为双基系固体推进剂总质量的0.4％～1.2％；所述双基系固体推进剂的燃速为6.96mm/s～9.16mm/s；所述双基系固体推进剂的压强指数为0.03～0.07。

3.一种改性氮化碳降速剂在丁羟固体推进剂中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述改性氮化碳降速剂的质量为丁羟固体推进剂总质量的0.5％；所述丁羟固体推进剂的压力指数为0.29。

5.如权利要求1或3所述的改性氮化碳降速剂，其特征在于，所述改性氮化碳降速剂的制备方法是：

6.根据权利要求5所述的改性氮化碳降速剂，其特征在于，所述步骤s1中煅烧的条件为：温度550℃、煅烧时间4h、升温速率2.5℃·min-1。

7.根据权利要求5所述的改性氮化碳降速剂，其特征在于，所述步骤s2中含氟前驱体为聚偏二氟乙烯、全氟聚醚或聚四氟乙烯。

8.根据权利要求5所述的改性氮化碳降速剂，其特征在于，所述步骤s2中高温淬火处理条件为：温度300℃～550℃、时间2h～4h、升温速率2.5℃·min-1～10.0℃·min-1。

9.根据权利要求5所述的改性氮化碳降速剂，其特征在于，所述步骤s2中改性氮化碳降速剂的粒径为1μm～2μm。

技术总结本发明属于固体推进剂技术领域，涉及一种改性氮化碳降速剂及在固体推进剂中的应用，改性氮化碳降速剂在双基系固体推进剂中的应用，改性氮化碳降速剂在丁羟固体推进剂中的应用。本发明将氮化碳及含氟前驱体混合后高温淬火处理得到改性氮化碳，在常温常压下稳定性好，在纯氧条件下燃烧又能释放大量能量；改性氮化碳作为降速剂用于固体推进剂中时，在降低推进剂燃速和压强指数的同时，有助于保持甚至提高推进剂能量，同时能够显著提高推进剂的力学性能。技术研发人员：徐抗震,万冲,陈苏杭,王晨,董帅,刘醒龙,朱玉麒受保护的技术使用者：西北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29