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化学镀法制备HMX/Cu复合粒子及其性能研究

作　者: 熊烺录
导　师: 郭效德
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 固体推进剂 化学镀 负载催化剂 纳米Cu 热分解 催化作用
分类号: V512
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


添加纳米催化剂是提高固体推进剂的燃烧性能的方法之一。纳米Cu作为较好的催化剂在固体推进剂中使用,其对固体推进剂中的燃料(比如RDX、HMX)、氧化剂和粘结剂的热分解都有较显著的催化性能。传统添加纳米Cu的方法是先制备纳米Cu,再将纳米Cu与固体推进剂的成分混合并研究其催化性能。这种方法不能充分的发挥纳米Cu的催化性能。若将纳米Cu均匀负载在固体推进剂的固体颗粒表面,能有效提高纳米Cu在固体推进剂中催化性能。本文以硫酸铜为铜源、次磷酸钠为还原剂,采用化学镀铜方法制备出HMX/Cu核壳结构复合粒子。首先,通过正交试验设计可知,化学镀制备HMX/Cu复合粒子的优选方案为CuSO4·5H2O=3g/L, NaH2PO2·H2O=33g/L, Na3C6H5O7·2H2O=23g/L温度=55℃和pH=8。其次,对施镀工艺条件进行研究,结果表明：(1)胶体钯活化后的HMX颗粒表面负载了一层微量且均匀的Pd,为接下来的化学镀反应提供催化活性中心；(2)在保持硫酸铜和柠檬酸钠不变情况下,通过SEM表征发现pH值为10、施镀温度为50℃和NaH2PO2·H2O=30g/L是施镀最优工艺条件。最后根据施镀工艺制备HMX/Cu复合粒子,对HMX/Cu复合粒子SEM和DSC表征的结果为：负载的Cu粒子的粒径在80nm左右,复合粒子包覆比较均匀且分散性较好；HMX/Cu的前期分解热量百分比值(PPH)从原料HMX的2.37%提高到97.29%,热分解峰向低温方向移动35.53℃；HMX/Cu复合粒子较原料HMX的表观活化能降低了33.16kJ/mol;对纳米Cu的催化机理进行的分析,并提出了催化剂的“空间分布效应”。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 负载型催化剂的研究目的及意义  10
  1.2 核壳结构复合粒子的概况  10-13
    1.2.1 核壳结构复合粒子的简述  10-11
    1.2.2 核壳结构复合粒子的特点及应用  11-13
  1.3 核壳结构复合粒子的制备方法  13-16
    1.3.1 机械化学法及应用  14
    1.3.2 溶胶-凝胶法及应用  14-15
    1.3.3 化学镀法及应用  15
    1.3.4 化学气相沉积法及应用  15-16
    1.3.5 超临界流体法及应用  16
    1.3.6 乳液聚合法及应用  16
  1.4 纳米金属及其化合物材料在固体推进剂中的应用  16-18
    1.4.1 纳米金属材料在固体推进剂中的应用  16-17
    1.4.2 纳米金属化合物材料在固体推进剂中的应用  17-18
  1.5 本课题的研究背景及思路  18-20
    1.5.1 研究背景  18
    1.5.2 研究思路  18-20
2 化学镀法制备HMX/Cu复合粒子的正交试验设计  20-32
  2.1 引言  20-21
    2.1.1 正交试验设计的基本步骤  20-21
    2.1.2 正交试验设计的直观分析  21
    2.1.3 正交试验设计的方差分析  21
  2.2 正交试验与复合粉体的制备  21-23
    2.2.1 试验设计  22
    2.2.2 试验方案  22-23
  2.3 试验部分  23-25
    2.3.1 试验过程  23-24
    2.3.2 试验结果  24-25
  2.4 理论分析  25-30
    2.4.1 优选方案的确定  25-28
    2.4.2 优选方案的验证  28-30
  2.5 本章小结  30-32
3 HMX/Cu复合粒子的制备工艺研究  32-46
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验试剂与仪器  33
  3.3 实验部分  33-35
    3.3.1 HMX预处理  33-34
    3.3.2 HMX化学镀  34-35
  3.4 实验结果与分析  35-45
    3.4.1 HMX颗粒活化预处理  36-37
    3.4.2 工艺条件对HMX/Cu制备的影响  37-45
  3.5 本章小结  45-46
4 HMX/Cu复合粒子的热分解及负载型纳米Cu的催化机理研究  46-59
  4.1 引言  46
  4.2 实验药品、仪器及测试设备  46-47
  4.3 实验方案  47-48
  4.4 实验结果与讨论  48-56
    4.4.1 HMX/Cu的SEM和XRD表征  48-50
    4.4.2 纳米Cu对HMX的热分解特性影响  50-52
    4.4.3 升温速率对HMX/Cu热分解特性的影响及其表观活化能  52-55
    4.4.4 气体流速对HMX/Cu的热分解影响  55-56
    4.4.5 通气种类对HMX/Cu的热分解影响  56
  4.5 HMX/Cu的催化机理分析  56-58
    4.5.1 纳米铜的催化机理分析  56-57
    4.5.2 负载型催化剂的催化机理分析  57-58
  4.6 本章小结  58-59
5 全文结论及创新点  59-61
  5.1 全文结论  59-60
  5.2 全文创新点  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-68
附录  68

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天用燃料（推进剂）及润滑剂 > 固体推进剂
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