專利名稱：導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米級金屬粉體材料，具體為一種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、 鎂粉的制備方法。
技術(shù)背景目前世界各國的導(dǎo)彈從用途上可以分為戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，從導(dǎo)彈發(fā)射 的燃料上可以分為液體燃料和固體燃料，從導(dǎo)彈發(fā)射的尾部煙狀上可以分為有 煙導(dǎo)彈和無煙導(dǎo)彈。我們在各種資料上看到，我國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈往往比美國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈要長要粗 (同一打擊距離)，同時俄羅斯的戰(zhàn)略導(dǎo)彈也要比(同樣射程)印度的戰(zhàn)略導(dǎo)彈 要長要粗，追求其原因就是液體燃料和固體燃料之區(qū)別(包括火箭)。戰(zhàn)略導(dǎo)彈的固體燃料已美國為例，目前已經(jīng)發(fā)展到第二代。從大略上講， 導(dǎo)彈和火箭的固體推進劑就是由燃料、氧化劑和添加劑三部分組成。以美國的 三叉戟潛射戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈為例，其燃料基本上是用橡膠聚硫橡膠(美國第一 代固體火箭用)，聚氨酯(現(xiàn)役固體火箭常用)。氧化劑基本上用高氯酸鹽或者 高氯酸銨(后者就是無煙火箭)，還可以用硝酸銨(物美價廉，大型火箭一般不 用，原因就是效費比低)。橡膠容易成型，可以做成大直徑的箭體。添加劑一般 有鋁粉鎂粉(用來提高燃燒值)。但是，美國戰(zhàn)略導(dǎo)彈的固體燃料推進劑也同樣存在著點火慢、空中飛行時 間長、容易被攔截等缺陷。固體火箭推進劑的先進程度，決定了我國的各種導(dǎo)彈的射程。我們的空空導(dǎo)
彈如果和美國的同射程相比，那么要比人家更粗、更長,這就是固體火箭推進劑 和液體火箭推進劑的差距。美國第一代艦載導(dǎo)彈也是以液體推進劑為主流。軍艦上還專門改裝了液體 燃料庫，為充灌之用。這樣加注過程最快也要兩個半小時，危險性也很大。后來 美國不得不轉(zhuǎn)向固體導(dǎo)彈,想裝在潛艇上。而此時美國才發(fā)現(xiàn)它的固體燃料與液 體燃料的研究水平差距很大。當(dāng)年美國發(fā)射"北極星"導(dǎo)彈，在潛艇內(nèi)必須裝下2000千米射程的戰(zhàn)略導(dǎo)彈，只能用固體燃料推進劑。這種燃料的制造通俗地說, 無非是過氯酸氨加鋁粉加端羥基聚丁二烯(一種改性人造橡膠CTPB)，但實際上 非常難造。洛克希德公司在上世紀(jì)50年代拿到這個項目之后,借用了包括幾十所 大學(xué)、研究機構(gòu)和相關(guān)企業(yè)在內(nèi)的整個美國的科技力量，秘密發(fā)展起固體燃料。 經(jīng)過近十年的努力美國過了這個燃料制造的門檻之后，包括地空、空空、地地、 洲際導(dǎo)彈等都用固體燃料，而蘇聯(lián)與之差距極大。D級戰(zhàn)略核潛艇的導(dǎo)彈艙巨大， 就是固體燃料的差距。固體燃料如改進一些,甚至能提高50%的射程。液體燃料在加注時液氧極易揮發(fā),火箭待機過久非常危險。液氫液氧必須處 于超低溫狀態(tài)保存和注入,在熱帶使用成本高，所以導(dǎo)彈在發(fā)射臺的待機時間短 以至于檢測等各項工作的時間都受到限制，同時液體燃料的壽命相比固體燃料 要短的多。液體火箭一般要搞得較粗，因為液氧用一部分后，剩下的會晃動，產(chǎn)生 很多穩(wěn)定性問題。所以要短粗以降低重心。中國的"長征"系列火箭連助推器都 是液體的，這就是和美國等國家固體燃料方面的巨大差距。固體推進劑的水平反映一個國家化工的最高水平，如果在固體推進劑上有 所突破，將會帶動中國整個精細(xì)化工、火炸藥化工、人造橡膠、納米金屬粉體材 料等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。
目前國際上戰(zhàn)略導(dǎo)彈和火箭固體燃料推進劑主要存在的技術(shù)問題如下；1、 添加劑中使用大量的顆粒直徑較大、形狀為不規(guī)則多邊形片狀鋁粉，在導(dǎo)彈 和火箭點火發(fā)射和途中飛行時金屬鋁粉難以在瞬間釋放其強大的能量，所以導(dǎo) 致導(dǎo)彈和火箭點火反應(yīng)慢、空中飛行時間長，飛行速度慢容易在飛行中被空中攔截。2、 因為添加了大量的顆粒直徑較大、形狀為不規(guī)則多邊形片狀鋁粉，所以就要 添加部分氧化劑、抗分解劑(大型火箭的推進劑一般要求十年不變質(zhì))，安定劑、 鈍感劑、抗煙劑等輔助性添加劑，這樣復(fù)雜了燃料制造工藝，增加了燃料成本， 同時加大了導(dǎo)彈或者是火箭的整體重量，減少了發(fā)射距離。3、 特別是空空導(dǎo)彈和空對地導(dǎo)彈以及艦艦導(dǎo)彈、艦空導(dǎo)彈、空艦導(dǎo)彈的使用上， 減少了生存幾率增加了被對方擊毀概率。專利申請?zhí)枮?006100481685記載了一種金屬納米粉體零界顆粒切割生產(chǎn) 工藝，該專利申請記載了一種全新的零界顆粒切割金屬納米粉體材料工藝，以 鐵粉為例，步驟包括，將鐵粉置于一1(TC一15'C的加工溫度狀態(tài)下，然后對鐵 粉顆粒進行高速切割，每分鐘控制在5000 6000次，然后對切割后的鐵粉顆粒 已6000轉(zhuǎn)/分鐘的高頻研磨，再進行物理還原，表面包覆處理，最后分級分選 即可得到產(chǎn)品。而且經(jīng)過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，在該工藝中提高或者降低加工"切 割"頻率并相應(yīng)地調(diào)整"加工^^度"后能夠生產(chǎn)出的各個不同級別的納米鐵粉 或者其它金屬粉，而且特性有著明顯的區(qū)別，經(jīng)過分級分選和配比后可廣泛用 于不同行業(yè)或領(lǐng)域。該專利申請所記載的技術(shù)方案是申請人在納米金屬粉末材 料加工技術(shù)領(lǐng)域首次提出了 "切割"這一加工的概念，利用研磨介質(zhì)之間的相 對高速往復(fù)碰撞和摩擦即可將原料金屬粉加工至納米級別，而這種研磨介質(zhì)在
單位時間內(nèi)高速往復(fù)運動的次數(shù)可以稱為"頻率"，其對原料的粉碎過程可稱為 "切割";并且提出了具體的加工參數(shù)，并且通過實踐證明了通過設(shè)定相應(yīng)的"切 割"頻率和控制相應(yīng)的加工溫度就可以加工出優(yōu)質(zhì)納米鐵粉這一技術(shù)方案。專利申請?zhí)枮?006101620469公開了一種金屬微、納米顆粒包覆工藝，該 申請的技術(shù)方案能在金屬粉體材料的表面形成一層厚度為lnm—3nm的高質(zhì)量 防氧化保護層，以下稱為"DQ包覆法"。想較傳統(tǒng)的納米金屬粉末的包覆工藝， 該技術(shù)方案包覆率更高，抗氧化時間更長。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決固體燃料推進劑中添加的金屬助燃納米粉體顆粒直徑較 大、形狀不規(guī)則而導(dǎo)致的助燃效果不理想的問題而提供了一種導(dǎo)彈固體燃料專 用納米鋁、鎂粉的制備方法。本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的， 一種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的 制備方法，在-l(TC——-5'C的情況下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5500次一 一6000次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為球體形狀的專用納米鋁粉和納米 鎂粉，再分別分選出D3=22.21nm D25=26nm D50=50nm D75二67. 2nm D97=93.3nm的顆粒分布比較集中的粉體材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵 粉顆粒繼續(xù)厚度為lnm-2nm的防氧化包覆，將包覆后的粉體材料輸入到高速 研磨機中進行粉體顆粒的表面處理。最后按照納米鋁粉52%,納米鎂粉48%比例混合抽真空密封包裝即可作為"導(dǎo) 彈和火箭固體燃料推進劑"的專用有色金屬粉體材料添加劑。本發(fā)明技術(shù)優(yōu)勢1、本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢一是因為是球形不光滑表面的形狀粉體顆粒，又是納米
鋁粉和納米鎂粉的混合粉體材料，特別是在加工中的"DQ包覆法"的防氧化作 用，所以在使用中可以不添加氧化劑和其它輔助添加劑，這樣可以大幅度降低 成本，減少固體燃料推進劑的復(fù)雜程度。2、 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢二是:因為其添加劑中的納米鋁粉和納米鎂粉具有的特殊形狀，所以在導(dǎo)彈和火箭點火時因為可以瞬間釋放大量的能量，使其點火反應(yīng) 迅速，加快發(fā)射速度。3、 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢三是因為添加劑的形狀不同，球形不光滑表面形狀的納 米鋁粉和納米鎂粉粉體顆粒，在瞬間釋放的能量比不規(guī)則多邊形片狀的瞬間釋 放的能量要大的多，所以導(dǎo)彈和火箭的飛行速度比原來加快22%—26%。4、 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢四是因為球形不光滑表面形狀的納米鋁粉和納米鎂粉粉體顆粒，在瞬間釋放的能量比不規(guī)則多邊形片狀的瞬間釋放的能量要大的多而且時間長，所以導(dǎo)彈和火箭的飛行距離比原來的多出18%—22%。5、 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢五是:因為在加工中納米鋁粉和納米鎂粉的防氧化包覆工藝所致，所以納米鋁粉和納米鎂粉在導(dǎo)彈和火箭的固體燃料推進劑中的保存時間比原來增加了 32%，這樣就導(dǎo)致了固體燃料的使用、保管壽命由原來的十年 提高到13年一15年。6、 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢六是因為固體燃料的使用壽命加長，所以其保管和使用 費用大幅度降低。
具體實施方式
實施例1: 一種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法，在-10'C的情 況下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘6000次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為 球體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉，再分別分選出(500nm為例)D3=22.21nm
D25=26nm D50=50nm D75=67.2nm D97=93. 3nm 的顆粒分布比較集中的粉體 材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續(xù)厚度為lnm -2nm的防氧化包 覆，使其防氧化時間達到90小時以上。再根據(jù)使用技術(shù)要求的特點，將包覆后 的粉體材料輸入到高速研磨機中進行粉體顆粒的表面處理，使其達到粉體顆粒 材料表面粗糙、凹凸不平。實施例2: —種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法，在-5'C的情況 下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5500次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為球 體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉，再分別分選出(500nra為例)D3=22.21nm D25=26nm D50=50nm D75=67.2nm D97=93.3nm 的顆粒分布比較集中的粉體 材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續(xù)厚度為lnm -2rnn的防氧化包 覆，使其防氧化時間達到90小時以上。再根據(jù)使用技術(shù)要求的特點，將包覆后 的粉體材料輸入到高速研磨機中進行粉體顆粒的表面處理，使其達到粉體顆粒 材料表面粗糙、凹凸不平。實施例3: —種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法，在-8"C的情況 下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5700次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為球 體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉，再分別分選出(500nm為例)D3=22.21nm D25=26nm D50=50nm D75二67.2nm D97二93.3nm 的顆粒分布比較集中的粉體 材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續(xù)厚度為Iran -2rnn的防氧化包 覆，使其防氧化時間達到90小時以上。再根據(jù)使用技術(shù)要求的特點，將包覆后 的粉體材料輸入到高速研磨機中進行粉體顆粒的表面處理，使其達到粉體顆粒 材料表面粗糙、凹凸不平。
權(quán)利要求
1、一種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法，其特征是在-10℃——-5℃的情況下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5500次——6000次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為球體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉，再分別分選出D3＝22.21nm D25＝26nm D50＝50nm D75＝67.2nm D97＝93.3nm的顆粒分布比較集中的粉體材料，而后再用“DQ包覆法”對鐵粉顆粒繼續(xù)厚度為1nm-2nm的防氧化包覆，將包覆后的粉體材料輸入到高速研磨機中進行粉體顆粒的表面處理。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法， 其特征是在-8'C的情況下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5750次的情況下生產(chǎn)、 加工粉體顆粒形狀為球體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米級金屬粉體材料，具體為一種導(dǎo)彈固體燃料專用納米鋁、鎂粉的制備方法。解決了固體燃料推進劑中添加的金屬助燃納米粉體顆粒直徑較大、形狀不規(guī)則而導(dǎo)致的助燃效果不理想的問題。在-10℃～-5℃的情況下，高頻切割次數(shù)設(shè)定在每分鐘5500次～6000次的情況下生產(chǎn)、加工粉體顆粒形狀為球體形狀的專用納米鋁粉和納米鎂粉，再分別分選出D3＝22.21nm，D25＝26nm，D50＝50nm，D75＝67.2nm，D97＝93.3nm的顆粒分布比較集中的粉體材料，而后防氧化包覆、表面處理。使導(dǎo)彈和火箭的飛行距離比原來的多出18％-22％，飛行速度比原來加快22％-26％。
文檔編號B22F9/04GK101396735SQ20081007950
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者王惠民 申請人:王惠民